13. (12 分)新素养 应用意识 现有 20 名学生准备参加植树活动,其中男生 8 人,女生 12 人.
(1) 若从这 20 人中任意选取一人作为联络员,求选到女生的概率;
(2) 若活动中的某项工作只在甲、乙两人中选一人,他们准备以游戏的方式决定由谁参加,游戏规则如下:将四张牌面数字分别为 2,3,4,5 的扑克牌洗匀后,数字朝下放于桌面,从中任取 2 张. 若牌面数字之和为偶数,则甲参加,否则乙参加. 这个游戏对甲、乙双方公平吗?请用树状图或列表说明理由.
答案:13.(1)因为从这$20$人中任意选取一人作为联络员,有$20$种等可能的结果,其中选到女生的结果有$12$种,所以$P(选到女生)=\frac{12}{20}=\frac{3}{5}$.
(2)这个游戏对甲、乙双方不公平.理由如下:画树状图如下:
由树状图可知,共有$12$种等可能的结果,其中和为偶数的结果有$4$种,和为奇数的结果有$8$种,所以$P(甲参加)=\frac{4}{12}=\frac{1}{3}$,$P(乙参加)=\frac{8}{12}=\frac{2}{3}$.因为$\frac{1}{3}\neq\frac{2}{3}$,所以这个游戏对甲、乙双方不公平.
14. (13 分)如图,在平面直角坐标系中,$ O $ 是原点,矩形 $ ABCD $ 的顶点 $ A $,$ B $ 的坐标分别为$(-4, 0)$,$(2, 0)$,且 $ BC = 2\sqrt{3} $.
(1) 求以直线 $ x = 4 $ 为对称轴,且经过点 $ O $ 和点 $ C $ 的抛物线的函数表达式;
(2) 设(1)中的抛物线与 $ x $ 轴的另一个交点为 $ N $,$ M $ 是该抛物线上位于直线 $ CN $ 上方的一个动点,连接 $ CM $,$ CN $,$ MN $,求 $ \triangle CMN $ 面积的最大值.

答案:14.(1)因为四边形$ABCD$为矩形,$B(2,0)$,$BC = 2\sqrt{3}$,所以$C(2,2\sqrt{3})$.因为所求抛物线以直线$x = 4$为对称轴,所以可设该抛物线的函数表达式为$y = a(x - 4)^{2}+h$.因为该抛物线经过点$O(0,0)$,$C(2,2\sqrt{3})$,所以$\begin{cases}16a + h = 0, \\ 4a + h = 2\sqrt{3},\end{cases}$解得$\begin{cases}a = -\frac{\sqrt{3}}{6}, \\ h = \frac{8\sqrt{3}}{3},\end{cases}$所以该抛物线的函数表达式为$y = -\frac{\sqrt{3}}{6}(x - 4)^{2}+\frac{8\sqrt{3}}{3}$,即$y = -\frac{\sqrt{3}}{6}x^{2}+\frac{4\sqrt{3}}{3}x$.
(2)在$y = -\frac{\sqrt{3}}{6}x^{2}+\frac{4\sqrt{3}}{3}x$中,令$y = 0$,得$-\frac{\sqrt{3}}{6}x^{2}+\frac{4\sqrt{3}}{3}x = 0$,解得$x_1 = 0$,$x_2 = 8$,所以$N(8,0)$.设$M(x,y)(2<x<8)$.过点$M$作$MG⊥ x$轴于点$G$,则$S_{\triangle CMN} = S_{\triangle MNG}+S_{四边形MGBC} - S_{\triangle CBN} =\frac{1}{2}(8 - x)y+\frac{1}{2}(y + 2\sqrt{3})(x - 2)-\frac{1}{2}×(8 - 2)×2\sqrt{3} = 3y+\sqrt{3}x - 8\sqrt{3} = 3(-\frac{\sqrt{3}}{6}x^{2}+ \frac{4\sqrt{3}}{3}x)+\sqrt{3}x - 8\sqrt{3} = -\frac{\sqrt{3}}{2}x^{2}+5\sqrt{3}x - 8\sqrt{3} = -\frac{\sqrt{3}}{2}(x - 5)^{2}+\frac{9\sqrt{3}}{2}$.因为$-\frac{\sqrt{3}}{2}<0$,$2<x<8$,所以当$x = 5$时,$S_{\triangle CMN}$取最大值$\frac{9\sqrt{3}}{2}$.故$\triangle CMN$面积的最大值为$\frac{9\sqrt{3}}{2}$.
15. (2025·江苏连云港模拟·15 分)新素养
推理能力 如图,在正方形 $ ABCD $ 中,$ AB = 2\sqrt{5} $,$ O $ 是 $ BC $ 的中点,$ E $ 是正方形内一动点,$ OE = 2 $,连接 $ DE $,将线段 $ DE $ 绕点 $ D $ 逆时针旋转 $ 90^{\circ} $ 得到线段 $ DF $,连接 $ AE $,$ CF $,$ OF $.
(1) 求证:$ AE = CF $;
(2) 若 $ A $,$ E $,$ O $ 三点共线,求 $ OF $ 的长;
(3) 求 $ OF $ 长的最小值.

备用图
答案:15.(1)由旋转的性质,得$DF = DE$,$\angle EDF = 90^{\circ}$,所以$\angle CDE + \angle CDF = 90^{\circ}$.因为四边形$ABCD$是正方形,所以$AD = CD$,$\angle ADC = 90^{\circ}$,所以$\angle CDE + \angle ADE = 90^{\circ}$,所以$\angle ADE = \angle CDF$.在$\triangle ADE$和$\triangle CDF$中,$\begin{cases}AD = CD, \\ \angle ADE = \angle CDF, \\ DE = DF,\end{cases}$所以$\triangle ADE\cong \triangle CDF$,所以$AE = CF$.
(2)如图①,过点$F$作$FG⊥ BC$,交$BC$的延长线于点$G$,过点$E$作$EK⊥ AB$于点$K$,则$\angle G = \angle AKE = 90^{\circ}$.因为$\angle B = 90^{\circ}$,所以$\angle AKE = \angle B$,所以$EK// BC$,所以$\triangle AEK∼\triangle AOB$,所以$\frac{AE}{AO}=\frac{AK}{AB}=\frac{EK}{OB}$.因为$O$是$BC$的中点,$BC = AB = 2\sqrt{5}$,所以$OB = OC =\frac{1}{2}BC =\sqrt{5}$,所以$AO =\sqrt{AB^{2}+OB^{2}} = 5$.因为$OE = 2$,所以$AE = AO - OE = 3$,所以$\frac{3}{5}=\frac{AK}{2\sqrt{5}}=\frac{EK}{\sqrt{5}}$,所以$AK = \frac{6\sqrt{5}}{5}$,$EK =\frac{3\sqrt{5}}{5}$.因为$\triangle ADE\cong\triangle CDF$,所以$\angle DAE = \angle DCF$.因为$\angle BAD = \angle DCG = 90^{\circ}$,所以$\angle EAK + \angle DAE = 90^{\circ}$,$\angle FCG + \angle DCF = 90^{\circ}$,所以$\angle FCG = \angle EAK$.在$\triangle CFG$和$\triangle AEK$中,$\begin{cases}\angle G = \angle AKE, \\ \angle FCG = \angle EAK,\end{cases}$所以$\triangle CFG\cong\triangle AEK$,所以$\begin{cases}CF = AE, \\ FG = EK =\frac{3\sqrt{5}}{5}, \\ CG = AK =\frac{6\sqrt{5}}{5},\end{cases}$所以$OG = OC + CG =\frac{11\sqrt{5}}{5}$,所以$OF =\sqrt{FG^{2}+OG^{2}} =\sqrt{26}$.
(3)如图②,延长$BA$至点$P$,使$PA = OC =\sqrt{5}$,连接$PE$,$PO$.因为$\angle DAE = \angle DCF$,$\angle DAP = \angle DCB = 90^{\circ}$,所以$\angle DAE + \angle DAP = \angle DCF + \angle DCB$,所以$\angle PAE = \angle OCF$.在$\triangle PAE$和$\triangle OCF$中,$\begin{cases}PA = OC, \\ \angle PAE = \angle OCF, \\ AE = CF,\end{cases}$所以$\triangle PAE\cong \triangle OCF$,所以$PE = OF$,所以当$PE$的长最小时,$OF$的长最小.因为$OE = 2$,所以点$E$在以点$O$为圆心,$2$为半径的半圆上运动,所以当$P$,$E$,$O$三点共线时,$PE$的长最小,且$PE = OP - OE$.因为$AB = 2\sqrt{5}$,所以$BP = PA + AB = 3\sqrt{5}$.因为$\angle B = 90^{\circ}$,$OB =\sqrt{5}$,所以$OP =\sqrt{BP^{2}+OB^{2}} = 5\sqrt{2}$,所以$PE$长的最小值为$5\sqrt{2}-2$,即$OF$长的最小值为$5\sqrt{2}-2$.