解答题 (共 5 题 ),解答过程应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤
定义:由两条与 $x$ 轴有着相同的交点,并且开口方向相同的抛物线所围成的封闭曲线称为"月牙线",如图 ① ,抛物线 $C_1: y=x^2+2 x-3$ 与抛物线 $C_2: y=a x^2+2 a x+c$ 组成一个开口向上的"月牙线",抛物线 $C_1$ 和抛物线 $C_2$ 与 $x$ 轴有着相同的交点 $A(-3,0), ~ B$(点 $B$ 在点 $A$ 右侧),与 $y$ 轴的交点分别为 $G, ~ H(0,-1)$ .
(1)求拋物线 $C_2$ 的解析式和点 $G$ 的坐标.
(2)点 $M$ 是 $x$ 轴下方拋物线 $C_1$ 上的点,过点 $M$ 作 $M N \perp x$ 轴于点 $N$ ,交抛物线 $C_2$ 于点 $D$ ,求线段 $M N$ 与线段 $D M$ 的长度的比值.
(3)如图 ② ,点 $E$ 是点 $H$ 关于拋物线对称轴的对称点,连接 $E G$ ,在 $x$ 轴上是否存在点 $F$ ,使得 $\triangle E F G$ 是以 $E G$ 为腰的等腰三角形?若存在,请求出点 $F$ 的坐标;若不存在,请说明理由.
在数学活动课上,小明兴趣小组对二次函数的图象进行了深入的探究,如果将二次函数 $y=a x^2+b x+c(a \neq 0)$ 图象上的点 $A(x, y)$ 的横坐标不变,纵坐标变为 A 点的横,纵坐标之和,就会得到的一个新的点 $A_1(x, x+y)$ ,他们把这个点 $A_1$ 定义为点 A 的"简朴"点.他们发现:二次函数 $y=a x^2+b x+c(a \neq 0)$所有简朴点构成的图象也是一条抛物线,于是把这条抛物线定义为 $y=a x^2+b x+c(a \neq 0)$ 的"简朴曲线".例如,二次函数 $y=x^2+x+1$ 的"简朴曲线"就是 $y=x^2+x+1+x=x^2+2 x+1$ ,请按照定义完成:
(1)点 $P(1,2)$ 的"简朴"点是 $\qquad$ ;
(2)如果抛物线 $y=a x^2-7 x+3(a \neq 0)$ 经过点 $M(1,-3)$ ,求该抛物线的"简朴曲线";
(3)已知拋物线 $y=x^2+b x+c$ 图象上的点 $B(x, y)$ 的"简朴点"是 $B_1(-1,1)$ ,若该拋物线的"简朴曲线"的顶点坐标为 $(m, n)$ ,当 $0 \leq c \leq 3$ 时,求 $n$ 的取值范围.
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|定义:若二次函数 $y=a_1(x-h)^2+k$ 的图象记为 $C_1$ ,其顶点为 $A(h, k)$ ,二次函数 $y=a_2(x-k)^2+h$的图象记为 $C_2$ ,其顶点为 $B(k, h)$ ,我们称这样的两个二次函数互为"反顶二次函数".
分类一:若二次函数 $C_1: y=a_1(x-h)^2+k$ 经过 $C_2$ 的顶点 $B$ ,且 $C_2: y=a_2(x-k)^2+h$ 经过 $C_1$ 的顶点 $A$ ,我们就称它们互为"反顶伴侣二次函数".
(1)所有二次函数都有"反顶伴侣二次函数"是 $\qquad$命题.(填"真"或"假")
(2)试求出 $y=x^2-4 x+5$ 的"反顶伴侣二次函数".
(3)若二次函数 $C_1$ 与 $C_2$ 互为"反顶伴侣二次函数",试探究 $a_1$ 与 $a_2$ 的关系,并说明理由.
(4)分类二:若二次函数 $C_1: y=a_1(x-h)^2+k$ 可以绕点 $M$ 旋转 $180^{\circ}$ 得到二次函数 $C_2 ; y=a_2(x-k)^2+h$ ,我们就称它们互为"反顶旋转二次函数".
① 任意二次函数都有"反顶旋转二次函数"是 $\qquad$命题.(填"真"或"假")
② 互为"反顶旋转二次函数"的对称中心点 $M$ 有什么特点?
③ 如图,$C_1, C_2$ 互为"反顶旋转二次函数",点 $E, F$ 的对称点分别是点 $Q, G$ ,且 $E F / / G Q / / x$ 轴,当四边形 $E F Q G$ 为矩形时,试探究二次函数 $C_1, C_2$ 的顶点有什么关系.并说明理由.
定义:将二次函数 $l$ 的图象沿 $x$ 轴向右平移 $t$ ,再沿 $x$ 轴翻折,得到新函数 $l^{\prime}$ 的图象,则称函数 $l^{\prime}$是函数 $l$ 的"$t$ 值衍生抛物线".已知 $l: y=x^2-2 x-3$ .
(1)当 $t=-2$ 时,
① 求衍生拋物线 $l^{\prime}$ 的函数解析式;
② 如图 1,函数 $l$ 与 $l^{\prime}$ 的图象交于 $M(-\sqrt{3}, n), N(m,-2 \sqrt{3})$ 两点,连接 $M N$ .点 $P$ 为抛物线 $l^{\prime}$ 上一点,且位于线段 $M N$ 上方,过点 $P$ 作 $P Q / / y$ 轴,交 $M N$ 于点 $Q$ ,交抛物线 $l$ 于点 $G$ ,求 $S_{\triangle} Q N G$ 与 $S_{\Delta} P N G$ 存在的数量关系。
(2)当 $t=2$ 时,如图 2,函数 $l$ 与 $x$ 轴交于 $A, B$ 两点,与 $y$ 轴交于点 $C$ ,连接 $A C$ .函数 $l^{\prime}$ 与 $x$ 轴交于 $D, E$两点,与 $y$ 轴交于点 $F$ .点 $K$ 在拋物线 $l^{\prime}$ 上,且 $\angle E F K=\angle O C A$ .请直接写出点 $K$ 的横坐标.
定义:关于 $x$ 轴对称且对称轴相同的两条抛物线叫作"镜像拋物线".
例如:$y=(x-h)^2-k$ 的"镜像拋物线"为 $y=-(x-h)^2+k$ .
(1)请写出抛物线 $y=(x-2)^2-4$ 的顶点坐标 $\qquad$ ,及其"镜像拋物线 $y=-(x-2)^2+4$ 的顶点坐标 $\qquad$ .写出拋物线 $y=-\frac{1}{2}(x-1)^2+\frac{3}{2}$ 的"镜像抛物线"为 $\qquad$ .
(2)如图,在平面直角坐标系中,点 $B$ 是抛物线 $L: y=a x^2-4 a x+1$ 上一点,点 $B$ 的横坐标为 1 ,过点 $B$ 作 $x$ 轴的垂线,交抛物线 $L$ 的"镜像抛物线"于点 $C$ ,分别作点 $B, C$ 关于抛物线对称轴对称的点 $B^{\prime}, C^{\prime}$ ,连接 $B C$ , $C C^{\prime}, B C^{\prime}, B B^{\prime}$ .
① 当四边形 $B B^{\prime} C^{\prime} C$ 为正方形时,求 $a$ 的值.
② 求正方形 $B B^{\prime} C^{\prime} C$ 所含(包括边界)整点个数.(说明:整点是横,纵坐标均为整数的点)