3. (2024·
呼
伦贝尔)如图,在平面直角坐标系中,二次函数 $y = ax^2 + bx + c (a \neq 0)$ 的图象经过原点和点$A(4,0)$,经过点$A$的直线与该二次函数图象交于点$B(1,3)$,与$y$轴交于点$C$.
(1)求二次函数的解析式及点$C$的坐标.
(2)$P$是二次函数图象上的一个动点,当点$P$在直线$AB$上方时,过点$P$作$PE \perp x$轴于点$E$,与直线$AB$交于点$D$,连接$BP$,设点$P$的横坐标为$m$.
① 当$m$为何值时,线段$PD$的长度最大?请求出这个最大值.
② 是否存在点$P$,使得$\bigtriangleup BPD$与$\bigtriangleup AOC$相似?若存在,请求出点$P$的坐标;若不存在,请说明理由.

答案:3.(1)
∵二次函数y=ax²+bx+c的图象经过点O(0,0),A(4,0),B(1,3),
∴$\begin{cases}0=c\\0=16a + 4b + c\\3 = a + b + c\end{cases}$,解得$\begin{cases}a = -1\\b = 4\\c = 0\end{cases}$。
∴二次函数的解析式为y = −x² + 4x。设直线AB对应的函数解析式为y = kx + n。
∵直线经过A(4,0),B(1,3)两点,
∴$\begin{cases}0 = 4k + n\\3 = k + n\end{cases}$,解得$\begin{cases}k = -1\\n = 4\end{cases}$。
∴直线AB对应的函数解析式为y = −x + 4。
∵C是直线AB与y轴的交点,
∴令x = 0,得y = 4。
∴点C的坐标为(0,4)。
(2)①
∵点P在直线AB上方,
∴1<m<4。易得P(m,−m² + 4m),D(m,−m + 4),
∴PD = y_P - y_D = −m² + 4m + m - 4 = −m² + 5m - 4 = −(m - $\frac{5}{2}$)² + $\frac{9}{4}$。
∵−1<0,
∴当m = $\frac{5}{2}$时,线段PD的长度最大,这个最大值是$\frac{9}{4}$。
②存在。
∵∠PDB = ∠ADE,易知∠ADE = ∠ACO,
∴∠PDB = ∠ACO。
∵△AOC是直角三角形,
∴要使△BPD与△AOC相似,只要保证△BPD是直角三角形就可以。
如图①,当△BPD∽△AOC时,
∵∠AOC = 90°,
∴∠BPD = 90°,此时BP//x轴,易知B,P两点关于直线x = 2对称,则点P的坐标为(3,3)。
如图②,当△PBD∽△AOC时,易得△PBD是等腰直角三角形,∠PBD = 90°。
∴BP = BD。
∴BP² = BD²。
∵B(1,3),P(m,−m² + 4m),D(m,−m + 4),
∴BP² = (m - 1)² + (−m² + 4m - 3)²,BD² = (m - 1)² + (−m + 4 - 3)²。
∴(m - 1)² + (−m² + 4m - 3)² = (m - 1)² + (−m + 4 - 3)²,即(m² - 4m + 3)² = (m - 1)²。
∴m² - 4m + 3 = m - 1或m² - 4m + 3 = 1 - m。
∴m = 1或2或4。
∵1<m<4,
∴m = 2。
∴−m² + 4m = 4。
∴点P的坐标为(2,4)。
综上所述,存在点P使得△BPD与△AOC相似,此时点P的坐标为(3,3)或(2,4)
