4.「2025湖北宜昌西陵期中」如圖,已知二次函數(shù)$y= -x^2+bx+c$的圖象與x軸交于點(diǎn)A(-4,0)和點(diǎn)B,與y軸交于點(diǎn)C(0,4),連接AC.點(diǎn)P為x軸上方拋物線上一動(dòng)點(diǎn)(點(diǎn)P不與點(diǎn)A,C重合),設(shè)點(diǎn)P的橫坐標(biāo)為t.
(1)求該二次函數(shù)的解析式.
(2)連接PC,當(dāng)∠PCA= 45°時(shí),求t的值.
(3)設(shè)以A,O,C,P為頂點(diǎn)的四邊形的面積為S.
①求S關(guān)于t的函數(shù)解析式.
②根據(jù)S的不同取值,試探索點(diǎn)P的個(gè)數(shù)情況.

答案:解析 (1)∵ 二次函數(shù)$y=-x^{2}+bx+c$的圖象與x軸交于點(diǎn)A(-4,0),與y軸交于點(diǎn)C(0,4),∴ $\begin{cases}-16-4b+c=0,\\c=4,\end{cases}$解得$\begin{cases}b=-3,\\c=4,\end{cases}$∴ 該二次函數(shù)的解析式為$y=-x^{2}-3x+4$.
(2)由題意得$P(t,-t^{2}-3t+4)$,∵ A(-4,0),C(0,4),∴ OA=OC=4, ∴ ∠OAC=∠OCA=45°.∵ ∠PCA=45°,∴ ∠PCO=90°,∴ PC⊥OC,∵ OA⊥OC,∴ PC//OA.

∴ 點(diǎn)P的縱坐標(biāo)為4,∴ $-t^{2}-3t+4=4$,解得t=0或t=-3,∵ t≠0,∴ t=-3.
(3)①令y=0,則$-x^{2}-3x+4=0$,解得x=-4或x=1,∵ 點(diǎn)B在x軸正半軸上,∴ B(1,0),∴ OB=1.當(dāng)點(diǎn)P在AC的上方,即-4<t<0時(shí),過點(diǎn)P作PD⊥OA于點(diǎn)D,

則$PD=-t^{2}-3t+4$,$OD=0-t=-t$,∴ AD=t-(-4)=t+4,∴ $S=S_{△PAD}+S_{梯形PDOC}=\frac{1}{2}AD·PD+\frac{1}{2}(PD+OC)·OD=\frac{1}{2}(t+4)(-t^{2}-3t+4)+\frac{1}{2}(-t^{2}-3t+4+4)×(-t)=-2t^{2}-8t+8$.當(dāng)點(diǎn)P在AC的下方,即0<t<1時(shí),過點(diǎn)P作PE⊥OC于點(diǎn)E,

則PE=t,∴ $S=S_{△OAC}+S_{△OPC}=\frac{1}{2}OA·OC+\frac{1}{2}OC·PE=\frac{1}{2}×4×4+\frac{1}{2}×4t=2t+8$.
綜上,$S=\begin{cases}-2t^{2}-8t+8(-4<t<0),\\2t+8(0<t<1).\end{cases}$
②當(dāng)-4<t<0時(shí),$S=-2t^{2}-8t+8=-2(t+2)^{2}+16$,∵ -2<0,∴ 當(dāng)t=-2時(shí),S有最大值,為16,∵ |-4-(-2)|=|0-(-2)|,∴ 當(dāng)t=-4或t=0時(shí),$-2(t+2)^{2}+16=8$,∴ 8<S≤16.當(dāng)0<t<1時(shí),S=2t+8,∴ 8<S<10.
函數(shù)$S=\begin{cases}-2t^{2}-8t+8(-4<t<0),\\2t+8(0<t<1)\end{cases}$的大致圖象如圖所示,由圖象可知,當(dāng)8<S<10時(shí),存在3個(gè)符合條件的點(diǎn)P;當(dāng)10≤S<16時(shí),存在2個(gè)符合條件的點(diǎn)P;當(dāng)S=16時(shí),存在1個(gè)符合條件的點(diǎn)P.
