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2023届高考一轮复习讲义(理科)第九章 平面解析几何 第7讲 抛物线学案
展开这是一份2023届高考一轮复习讲义(理科)第九章 平面解析几何 第7讲 抛物线学案,共23页。学案主要包含了知识梳理,习题改编等内容,欢迎下载使用。
一、知识梳理
1.抛物线的定义
满足以下三个条件的点的轨迹是抛物线:
(1)在平面内.
(2)动点到定点F的距离与到定直线l的距离相等.
(3)定点不在定直线上.
2.抛物线的标准方程和几何性质
常用结论
1.抛物线y2=2px(p>0)上一点P(x0,y0)到焦点Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(p,2),0))的距离|PF|=x0+eq \f(p,2),也称为抛物线的焦半径.
2.y2=ax(a≠0)的焦点坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,4),0)),准线方程为x=-eq \f(a,4).
3.如图,设A(x1,y1),B(x2,y2).
(1)y1y2=-p2,x1x2=eq \f(p2,4).
(2)|AB|=x1+x2+p=eq \f(2p,sin2θ)(θ为AB的倾斜角).
(3)eq \f(1,|AF|)+eq \f(1,|BF|)为定值eq \f(2,p).
(4)以AB为直径的圆与准线相切.
(5)以AF或BF为直径的圆与y轴相切.
二、习题改编
1.(选修21P72练习T1改编)过点P(-2,3)的抛物线的标准方程是( )
A.y2=-eq \f(9,2)x或x2=eq \f(4,3)y
B.y2=eq \f(9,2)x或x2=eq \f(4,3)y
C.y2=eq \f(9,2)x或x2=-eq \f(4,3)y
D.y2=-eq \f(9,2)x或x2=-eq \f(4,3)y
解析:选A.设抛物线的标准方程为y2=kx或x2=my,代入点P(-2,3),解得k=-eq \f(9,2),m=eq \f(4,3),所以y2=-eq \f(9,2)x或x2=eq \f(4,3)y.故选A.
2.(选修21P73A组T3改编)抛物线y2=8x上到其焦点F距离为5的点P有( )
A.0个 B.1个
C.2个 D.4个
解析:选C.设P(x1,y1),则|PF|=x1+2=5,yeq \\al(2,1)=8x1,所以x1=3,y1=±2eq \r(6).故满足条件的点P有两个.故选C.
3.(选修21P72练习T4改编)过抛物线y2=4x的焦点的直线l交抛物线于P(x1,y1),Q(x2,y2)两点,如果x1+x2=6,则|PQ|=________.
解析:抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),准线方程为x=-1.根据题意可得,|PQ|=|PF|+|QF|=x1+1+x2+1=x1+x2+2=8.
答案:8
一、思考辨析
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)平面内与一个定点F和一条定直线l的距离相等的点的轨迹一定是抛物线.( )
(2)若直线与抛物线只有一个交点,则直线与抛物线一定相切.( )
(3)若一抛物线过点P(-2,3),则其标准方程可写为y2=2px(p>0).( )
(4)抛物线既是中心对称图形,又是轴对称图形.( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)×
二、易错纠偏
eq \a\vs4\al(常见误区)eq \b\lc\|(\a\vs4\al\c1(K))(1)忽视抛物线的标准形式;
(2)忽视p的几何意义;
(3)忽视k=0的讨论;
(4)易忽视焦点的位置出现错误.
1.抛物线8x2+y=0的焦点坐标为( )
A.(0,-2) B.(0,2)
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,-\f(1,32))) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,32)))
解析:选C.由8x2+y=0,得x2=-eq \f(1,8)y.
2p=eq \f(1,8),p=eq \f(1,16),所以焦点为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,-\f(1,32))),故选C.
2.已知抛物线C与双曲线x2-y2=1有相同的焦点,且顶点在原点,则抛物线C的方程是( )
A.y2=±2eq \r(2)x B.y2=±2x
C.y2=±4x D.y2=±4eq \r(2)x
解析:选D.由已知可知双曲线的焦点为(-eq \r(2),0),(eq \r(2),0).设抛物线方程为y2=±2px(p>0),则eq \f(p,2)=eq \r(2),所以p=2eq \r(2),所以抛物线方程为y2=±4eq \r(2)x.故选D.
3.设抛物线y2=8x的准线与x轴交于点Q,若过点Q的直线l与抛物线有公共点,则直线l的斜率的取值范围是________.
解析:由已知可得Q(-2,0),当直线l的斜率不存在时,不满足题意,故设直线l的方程为y=k(x+2),代入抛物线方程,消去y整理得k2x2+(4k2-8)x+4k2=0,当k=0时,l与抛物线有公共点;当k≠0时,Δ=64(1-k2)≥0得-1≤k<0或0<k≤1.综上,-1≤k≤1.
答案:[-1,1]
4.若抛物线的焦点在直线x-2y-4=0上,则此抛物线的标准方程为________.
解析:令x=0,得y=-2;令y=0,得x=4.所以抛物线的焦点是(4,0)或(0,-2),故所求抛物线的标准方程为y2=16x或x2=-8y.
答案:y2=16x或x2=-8y
抛物线的定义(典例迁移)
设P是抛物线y2=4x上的一个动点,F为抛物线的焦点,若B(3,2),则|PB|+|PF|的最小值为________.
【解析】 如图,
过点B作BQ垂直准线于点Q,交抛物线于点P1,则
|P1Q|=|P1F|.
则有|PB|+|PF|≥|P1B|+|P1Q|=|BQ|=4.
即|PB|+|PF|的最小值为4.
【答案】 4
【迁移探究1】 (变条件)若将本例中“B(3,2)”改为“B(3,4)”,如何求解?
解:由题意可知点B(3,4)在抛物线的外部.
因为|PB|+|PF|的最小值即为B,F两点间的距离,
由例题知,F(1,0),
所以|PB|+|PF|≥|BF|=eq \r(42+22)=2eq \r(5),
即|PB|+|PF|的最小值为2eq \r(5).
【迁移探究2】 (变问法)在本例条件下,求点P到点A(-1,1)的距离与点P到直线x=-1的距离之和的最小值.
解:如图,易知抛物线的焦点为F(1,0),准线是x=-1,由抛物线的定义知点P到直线x=-1的距离等于点P到F的距离.于是,问题转化为在抛物线上求一点P,使点P到点A(-1,1)的距离与点P到F(1,0)的距离之和最小,显然,连接AF与抛物线相交的点即为满足题意的点P,此时最小值为
eq \r([1-(-1)]2+(0-1)2)=eq \r(5).
【迁移探究3】 (变问法)在本例条件下,求点P到直线l1:4x-3y+6=0和l2:x=-1的距离之和的最小值.
解:由题可知l2:x=-1是抛物线y2=4x的准线,设抛物线的焦点为F(1,0),则动点P到l2的距离等于|PF|,故动点P到直线l1和直线l2的距离之和的最小值,即焦点F到直线l1:4x-3y+6=0的距离,所以最小值是eq \f(|4-0+6|,5)=2.
eq \a\vs4\al()
(1)与抛物线有关的最值问题,一般情况下都与抛物线的定义有关.“看到准线想焦点,看到焦点想准线”,这是解决与过抛物线焦点的弦有关问题的重要途径.
(2)注意灵活运用抛物线上一点P(x,y)到焦点F的距离|PF|=|x|+eq \f(p,2)或|PF|=|y|+eq \f(p,2).
1.(2020·江西萍乡一模)已知动圆C经过点A(2,0),且截y轴所得的弦长为4,则圆心C的轨迹是( )
A.圆 B.椭圆
C.双曲线 D.抛物线
解析:选D.设圆心C(x,y),弦为BD,过点C作CE⊥y轴,垂足为E,则|BE|=2,
则有|CA|2=|BC|2=|BE|2+|CE|2,
所以(x-2)2+y2=22+x2,化为y2=4x,则圆心C的轨迹为抛物线.
故选D.
2.(2020·成都模拟)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,准线l:x=-1,点M在抛物线C上,点M在直线l:x=-1上的射影为A,且直线AF的斜率为-eq \r(3),则△MAF的面积为( )
A.eq \r(3) B.2eq \r(3)
C.4eq \r(3) D.8eq \r(3)
解析:选C.如图所示,设准线l与x轴交于点N.
则|FN|=2.
因为直线AF的斜率为-eq \r(3),所以∠AFN=60°.
所以∠MAF=60°,|AF|=4.
由抛物线的定义可得|MA|=|MF|,
所以△AMF是边长为4的等边三角形.
所以S△AMF=eq \f(\r(3),4)×42=4eq \r(3).
故选C.
抛物线的标准方程(师生共研)
如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线l交抛物线于点A,B,交其准线于点C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则此抛物线的方程为( )
A.y2=9x B.y2=6x
C.y2=3x D.y2=eq \r(3)x
【解析】 如图,过点A,B分别作准线的垂线,交准线于点E,D,设|BF|=a,则由已知得|BC|=2a,由抛物线定义得|BD|=a,故∠BCD=30°,在直角三角形ACE中,因为|AE|=|AF|=3,|AC|=3+3a,2|AE|=|AC|,所以3+3a=6,从而得a=1,|FC|=3a=3,所以p=|FG|=eq \f(1,2)|FC|=eq \f(3,2),因此抛物线的方程为y2=3x,故选C.
【答案】 C
eq \a\vs4\al()
求抛物线的标准方程应注意以下几点
(1)当坐标系已建立时,应根据条件确定抛物线的标准方程属于四种类型中的哪一种.
(2)要注意把握抛物线的顶点、对称轴、开口方向与方程之间的对应关系.
(3)要注意参数p的几何意义是焦点到准线的距离,利用它的几何意义来解决问题.
1.(2020·重庆调研)已知抛物线y2=2px(p>0),点C(-4,0),过抛物线的焦点作垂直于x轴的直线,与抛物线交于A,B两点,若△CAB的面积为24,则以直线AB为准线的抛物线的标准方程是( )
A.y2=4x B.y2=-4x
C.y2=8x D.y2=-8x
解析:选D.因为AB⊥x轴,且AB过点F,所以AB是焦点弦,且|AB|=2p,所以S△CAB=eq \f(1,2)×2p×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(p,2)+4))=24,解得p=4或-12(舍),所以抛物线方程为y2=8x,所以直线AB的方程为x=2,所以以直线AB为准线的抛物线的标准方程为y2=-8x.故选D.
2.已知双曲线C1:eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的离心率为2,若抛物线C2:x2=2py(p>0)的焦点到双曲线C1的渐近线的距离为2,则抛物线C2的方程是( )
A.x2=16y B.x2=8y
C.x2=eq \f(8\r(3),3)y D.x2=eq \f(16\r(3),3)y
解析:选A.因为双曲线C1:eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的离心率为2,所以eq \f(c,a)=2.因为双曲线的渐近线方程为bx±ay=0,抛物线C2:x2=2py(p>0)的焦点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(p,2)))到双曲线的渐近线的距离为2,所以eq \f(\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(a·\f(p,2))),\r(a2+b2))=eq \f(p,2)·eq \f(a,c)=eq \f(p,4)=2,解得p=8,所以抛物线C2的方程是x2=16y.
抛物线的性质(师生共研)
已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,A(x1,y1),B(x2,y2)是过F的直线与抛物线的两个交点,求证:
(1)y1y2=-p2,x1x2=eq \f(p2,4);
(2)eq \f(1,|AF|)+eq \f(1,|BF|)为定值;
(3)以AB为直径的圆与抛物线的准线相切.
【证明】 (1)由已知得抛物线焦点坐标为F(eq \f(p,2),0).
由题意可设直线方程为x=my+eq \f(p,2),代入y2=2px,
得y2=2peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(my+\f(p,2))),即y2-2pmy-p2=0.(*)
则y1,y2是方程(*)的两个实数根,所以y1y2=-p2.
因为yeq \\al(2,1)=2px1,yeq \\al(2,2)=2px2,
所以yeq \\al(2,1)yeq \\al(2,2)=4p2x1x2,
所以x1x2=eq \f(yeq \\al(2,1)yeq \\al(2,2),4p2)=eq \f(p4,4p2)=eq \f(p2,4).
(2)eq \f(1,|AF|)+eq \f(1,|BF|)=eq \f(1,x1+\f(p,2))+eq \f(1,x2+\f(p,2))
=eq \f(x1+x2+p,x1x2+\f(p,2)(x1+x2)+\f(p2,4)).
因为x1x2=eq \f(p2,4),x1+x2=|AB|-p,|AB|=x1+x2+p,代入上式,得
eq \f(1,|AF|)+eq \f(1,|BF|)=eq \f(|AB|,\f(p2,4)+\f(p,2)(|AB|-p)+\f(p2,4))=eq \f(2,p)(定值).
(3)设AB的中点为M(x0,y0),如图,分别过A,B作准线的垂线,垂足为C,D,过M作准线的垂线,垂足为N,则|MN|=eq \f(1,2)(|AC|+|BD|)=eq \f(1,2)(|AF|+|BF|)=eq \f(1,2)|AB|.所以以AB为直径的圆与抛物线的准线相切.
eq \a\vs4\al()
抛物线几何性质的应用技巧
(1)涉及抛物线几何性质的问题常结合图形思考,通过图形可以直观地看出抛物线的顶点、对称轴、开口方向等几何特征,体现了数形结合思想解题的直观性.
(2)与抛物线的焦点弦长有关的问题,可直接应用公式求解.解题时,需依据抛物线的标准方程,确定弦长公式是由交点横坐标还是由交点纵坐标定,是p与交点横(纵)坐标的和还是与交点横(纵)坐标的差,这是正确解题的关键.
1.(2020·河南郑州二模)已知抛物线C:y2=2x,过原点作两条互相垂直的直线分别交C于A,B两点(A,B均不与坐标原点重合),则抛物线的焦点F到直线AB的距离的最大值为( )
A.2 B.3
C.eq \f(3,2) D.4
解析:选C.设直线AB的方程为x=my+t,A(x1,y1),B(x2,y2).
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=my+t,,y2=2x))⇒y2-2my-2t=0⇒y1y2=-2t,
由OA⊥OB⇒x1x2+y1y2=eq \f((y1y2)2,4)+y1y2=0⇒y1y2=-4,
所以t=2,即直线AB过定点(2,0).
所以抛物线的焦点F到直线AB的距离的最大值为2-eq \f(1,2)=eq \f(3,2).故选C.
2.(2020·洛阳模拟)已知F是抛物线C1:y2=2px(p>0)的焦点,曲线C2是以F为圆心,eq \f(p,2)为半径的圆,直线4x-3y-2p=0与曲线C1,C2从上到下依次相交于点A,B,C,D,则eq \f(|AB|,|CD|)=( )
A.16 B.4
C.eq \f(8,3) D.eq \f(5,3)
解析:选A.因为直线4x-3y-2p=0过C1的焦点F(C2的圆心),故|BF|=|CF|=eq \f(p,2),所以eq \f(|AB|,|CD|)=eq \f(|AF|-\f(p,2),|DF|-\f(p,2)).由抛物线的定义得|AF|-eq \f(p,2)=xA,|DF|-eq \f(p,2)=xD.由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(4x-3y-2p=0,,y2=2px))整理得8x2-17px+2p2=0,即(8x-p)(x-2p)=0,可得xA=2p,xD=eq \f(p,8),故eq \f(|AB|,|CD|)=eq \f(xA,xD)=eq \f(2p,\f(p,8))=16.故选A.
直线与抛物线的位置关系(师生共研)
(2019·高考全国卷Ⅰ)已知抛物线C:y2=3x的焦点为F,斜率为eq \f(3,2)的直线l与C的交点为A,B,与x轴的交点为P.
(1)若|AF|+|BF|=4,求l的方程;
(2)若eq \(AP,\s\up6(→))=3eq \(PB,\s\up6(→)),求|AB|.
【解】 设直线l:y=eq \f(3,2)x+t,A(x1,y1),B(x2,y2).
(1)由题设得Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4),0)),故|AF|+|BF|=x1+x2+eq \f(3,2),由题设可得x1+x2=eq \f(5,2).
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=\f(3,2)x+t,,y2=3x))可得9x2+12(t-1)x+4t2=0,则x1+x2=-eq \f(12(t-1),9).
从而-eq \f(12(t-1),9)=eq \f(5,2),得t=-eq \f(7,8).
所以l的方程为y=eq \f(3,2)x-eq \f(7,8).
(2)由eq \(AP,\s\up6(→))=3eq \(PB,\s\up6(→))可得y1=-3y2.
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=\f(3,2)x+t,,y2=3x))可得y2-2y+2t=0.
所以y1+y2=2.从而-3y2+y2=2,故y2=-1,y1=3.
代入C的方程得x1=3,x2=eq \f(1,3).
故|AB|=eq \f(4\r(13),3).
eq \a\vs4\al()
解决直线与抛物线位置关系问题的方法
(1)直线与抛物线的位置关系和直线与椭圆、双曲线的位置关系类似,一般要用到根与系数的关系.
(2)有关直线与抛物线的弦长问题,要注意直线是否过抛物线的焦点,若过抛物线的焦点,可直接使用公式|AB|=|x1|+|x2|+p,若不过焦点,则必须用一般弦长公式.
(3)涉及抛物线的弦长、中点、距离等相关问题时,一般利用根与系数的关系采用“设而不求”“整体代入”等解法.
[提醒] 涉及弦的中点、斜率时,一般用“点差法”求解.
1.(2020·河南郑州二模)已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,直线l过焦点F与抛物线C分别交于A,B两点,且直线l不与x轴垂直,线段AB的垂直平分线与x轴交于点T(5,0),则S△AOB=( )
A.2eq \r(2) B.eq \r(3)
C.eq \r(6) D.3eq \r(6)
解析:选A.如图所示,F(1,0).设直线l的方程为y=k(x-1)(k≠0),A(x1,y1),B(x2,y2),线段AB的中点E(x0,y0).
则线段AB的垂直平分线的方程为y=-eq \f(1,k)(x-5).
联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=k(x-1),,y2=4x))化为ky2-4y-4k=0,所以y1+y2=eq \f(4,k),y1y2=-4,所以y0=eq \f(1,2)(y1+y2)=eq \f(2,k),x0=eq \f(y0,k)+1=eq \f(2,k2)+1,把Eeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,k2)+1,\f(2,k)))代入线段AB的垂直平分线的方程y=-eq \f(1,k)(x-5),可得eq \f(2,k)=-eq \f(1,k)·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,k2)+1-5)),解得k2=1.
S△OAB=eq \f(1,2)×1×|y1-y2|=eq \f(1,2)eq \r((y1+y2)2-4y1y2)=eq \f(1,2)eq \r(\f(16,k2)+16)=2eq \r(2).故选A.
2.设A,B为曲线C:y=eq \f(x2,2)上两点,A与B的横坐标之和为2.
(1)求直线AB的斜率;
(2)设M为曲线C上一点,曲线C在点M处的切线与直线AB平行,且AM⊥BM,求直线AB的方程.
解:(1)设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1≠x2,y1=eq \f(xeq \\al(2,1),2),y2=eq \f(xeq \\al(2,2),2),x1+x2=2,
故直线AB的斜率k=eq \f(y1-y2,x1-x2)=eq \f(x1+x2,2)=1.
(2)由y=eq \f(x2,2),得y′=x.
设M(x3,y3),由题设知x3=1,于是Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(1,2))).
设直线AB的方程为y=x+m,故线段AB的中点为N(1,1+m),|MN|=eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(m+\f(1,2))).
将y=x+m代入y=eq \f(x2,2),
得x2-2x-2m=0.
由Δ=4+8m>0,得m>-eq \f(1,2),x1,2=1±eq \r(1+2m).
从而|AB|=eq \r(2)|x1-x2|=2eq \r(2(1+2m)).
由题设知|AB|=2|MN|,即eq \r(2(1+2m))=eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(m+\f(1,2))),解得m=eq \f(7,2)或m=-2(舍).
所以直线AB的方程为y=x+eq \f(7,2).
数学运算 解析几何中的“设而不求”
“设而不求”是简化运算的一种重要手段,它的精彩在于设而不求,化繁为简.解题过程中,巧妙设点,避免解方程组,常见类型有:(1)灵活应用“点、线的几何性质”解题;(2)根据题意,整体消参或整体代入等.
类型一 巧妙运用抛物线定义得出与根与系数
关系的联系,从而设而不求
在平面直角坐标系xOy中,双曲线eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的右支与焦点为F的抛物线x2=2py(p>0)交于A,B两点.若|AF|+|BF|=4|OF|,则该双曲线的渐近线方程为________.
【解析】 设A(x1,y1),B(x2,y2),由抛物线的定义可知|AF|=y1+eq \f(p,2),|BF|=y2+eq \f(p,2),|OF|=eq \f(p,2),由|AF|+|BF|=y1+eq \f(p,2)+y2+eq \f(p,2)=y1+y2+p=4|OF|=2p,得y1+y2=p.
kAB=eq \f(y2-y1,x2-x1)=eq \f(\f(xeq \\al(2,2),2p)-\f(xeq \\al(2,1),2p),x2-x1)=eq \f(x2+x1,2p).
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(xeq \\al(2,1),a2)-\f(yeq \\al(2,1),b2)=1,,\f(xeq \\al(2,2),a2)-\f(yeq \\al(2,2),b2)=1,))得kAB=eq \f(y2-y1,x2-x1)=eq \f(b2(x1+x2),a2(y1+y2))=eq \f(b2,a2)·eq \f(x1+x2,p),则eq \f(b2,a2)·eq \f(x1+x2,p)=eq \f(x2+x1,2p),所以eq \f(b2,a2)=eq \f(1,2)⇒eq \f(b,a)=eq \f(\r(2),2),所以双曲线的渐近线方程为y=±eq \f(\r(2),2)x.
【答案】 y=±eq \f(\r(2),2)x
类型二 中点弦或对称问题,可以利用“点差法”,“点差法”实质上是“设而不求”的一种方法
△ABC的三个顶点都在抛物线E:y2=2x上,其中A(2,2),△ABC的重心G是抛物线E的焦点,则BC边所在直线的方程为________.
【解析】 设B(x1,y1),C(x2,y2),边BC的中点为M(x0,y0),易知Geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),0)),则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(x1+x2+2,3)=\f(1,2),,\f(y1+y2+2,3)=0,))
从而eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x0=\f(x1+x2,2)=-\f(1,4),,y0=\f(y1+y2,2)=-1,))即Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,4),-1)),
又yeq \\al(2,1)=2x1,yeq \\al(2,2)=2x2,两式相减得(y1+y2)(y1-y2)=2(x1-x2),则直线BC的斜率kBC=eq \f(y1-y2,x1-x2)=eq \f(2,y1+y2)=eq \f(2,2y0)=eq \f(1,y0)=-1,故直线BC的方程为y-(-1)=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(1,4))),即4x+4y+5=0.
【答案】 4x+4y+5=0
类型三 中点弦或对称问题,可以利用“点差法”,但不要忘记验证Δ>0
已知双曲线x2-eq \f(y2,2)=1,过点P(1,1)能否作一条直线l与双曲线交于A,B两点,且点P是线段AB的中点?
【解】 假设存在直线l与双曲线交于A,B两点,且点P是线段AB的中点.
设A(x1,y1),B(x2,y2),易知x1≠x2,由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(xeq \\al(2,1)-\f(yeq \\al(2,1),2)=1,,xeq \\al(2,2)-\f(yeq \\al(2,2),2)=1,))
两式相减得(x1+x2)(x1-x2)-eq \f((y1+y2)(y1-y2),2)=0,
又eq \f(x1+x2,2)=1,eq \f(y1+y2,2)=1,所以2(x1-x2)-(y1-y2)=0,
所以kAB=eq \f(y1-y2,x1-x2)=2,
故直线l的方程为y-1=2(x-1),即y=2x-1.
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=2x-1,,x2-\f(y2,2)=1,))消去y得2x2-4x+3=0,
因为Δ=16-24=-8<0,方程无解,故不存在一条直线l与双曲线交于A,B两点,且点P是线段AB的中点.
类型四 求解直线与圆锥曲线的相关问题时,若两条直线互相垂直或两直线斜率有明确等量关系,可用“替代法”,“替代法”的实质是设而不求
已知F为抛物线C:y2=2x的焦点,过F作两条互相垂直的直线l1,l2,直线l1与C交于A,B两点,直线l2与C交于D,E两点,则|AB|+|DE|的最小值为________.
【解析】 法一:由题意知,直线l1,l2的斜率都存在且不为0,Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),0)),设l1:x=ty+eq \f(1,2),则直线l1的斜率为eq \f(1,t),
联立方程得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y2=2x,,x=ty+\f(1,2),))消去x得y2-2ty-1=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=2t,y1y2=-1.
所以|AB|=eq \r(t2+1)|y1-y2|=eq \r(t2+1)·eq \r((y1+y2)2-4y1y2)=eq \r(t2+1)eq \r(4t2+4)=2t2+2,
同理得,用-eq \f(1,t)替换t可得|DE|=eq \f(2,t2)+2,所以|AB|+|DE|=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(t2+\f(1,t2)))+4≥4+4=8,当且仅当t2=eq \f(1,t2),即t=±1时等号成立,故|AB|+|DE|的最小值为8.
法二:由题意知,直线l1,l2的斜率都存在且不为0,Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),0)),不妨设l1的斜率为k,则l1:y=keq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,2))),l2:y=-eq \f(1,k)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,2))).
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y2=2x,,y=k\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,2))),))消去y得k2x2-(k2+2)x+eq \f(k2,4)=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=1+eq \f(2,k2).
由抛物线的定义知,
|AB|=x1+x2+1=1+eq \f(2,k2)+1=2+eq \f(2,k2).
同理可得,用-eq \f(1,k)替换|AB|中k,可得|DE|=2+2k2,所以|AB|+|DE|=2+eq \f(2,k2)+2+2k2=4+eq \f(2,k2)+2k2≥4+4=8,当且仅当eq \f(2,k2)=2k2,即k=±1时等号成立,故|AB|+|DE|的最小值为8.
【答案】 8
[基础题组练]
1.(2019·高考全国卷Ⅱ)若抛物线y2=2px(p>0)的焦点是椭圆eq \f(x2,3p)+eq \f(y2,p)=1的一个焦点,则p=( )
A.2 B.3
C.4 D.8
解析:选D.由题意,知抛物线的焦点坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(p,2),0)),椭圆的焦点坐标为(±eq \r(2p),0),所以eq \f(p,2)=eq \r(2p),解得p=8,故选D.
2.(2020·河北衡水三模)设F为抛物线y2=4x的焦点,A,B,C为该抛物线上三点,若A,B,C三点坐标分别为(1,2),(x1,y1),(x2,y2),且|eq \(FA,\s\up6(→))|+|eq \(FB,\s\up6(→))|+|eq \(FC,\s\up6(→))|=10,则x1+x2=( )
A.6 B.5
C.4 D.3
解析:选A.根据抛物线的定义,知|eq \(FA,\s\up6(→))|,|eq \(FB,\s\up6(→))|,|eq \(FC,\s\up6(→))|分别等于点A,B,C到准线x=-1的距离,所以由|eq \(FA,\s\up6(→))|+|eq \(FB,\s\up6(→))|+|eq \(FC,\s\up6(→))|=10,可得2+x1+1+x2+1=10,即x1+x2=6.故选A.
3.(2020·河北邯郸一模)位于德国东部萨克森州的莱科勃克桥有“仙境之桥”之称,它的桥形可近似地看成抛物线,该桥的高度为5 m,跨径为12 m,则桥形对应的抛物线的焦点到准线的距离为( )
A.eq \f(25,12) m B.eq \f(25,6) m
C.eq \f(9,5) m D.eq \f(18,5) m
解析:选D.建立如图所示的平面直角坐标系.
设抛物线的解析式为x2=-2py,p>0,
因为抛物线过点(6,-5),所以36=10p,可得p=eq \f(18,5),
所以桥形对应的抛物线的焦点到准线的距离为eq \f(18,5) m.故选D.
4.(2020·河南安阳三模)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,准线为l,l与x轴的交点为P,点A在抛物线C上,过点A作AA′⊥l,垂足为A′.若四边形AA′PF的面积为14,且cs∠FAA′=eq \f(3,5),则抛物线C的方程为( )
A.y2=x B.y2=2x
C.y2=4x D.y2=8x
解析:选C.过点F作FF′⊥AA′,垂足为F′.设|AF′|=3x,因为cs∠FAA′=eq \f(3,5),故|AF|=5x,则|FF′|=4x,由抛物线定义可知,|AF|=|AA′|=5x,则|A′F′|=2x=p,故x=eq \f(p,2).四边形AA′PF的面积S=eq \f((|PF|+|AA′|)·|FF′|,2)=eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(p+\f(5,2)p))·2p,2)=14,解得p=2,故抛物线C的方程为y2=4x.
5.已知直线y=k(x+2)(k>0)与抛物线C:y2=8x相交于A,B两点,F为C的焦点.若|FA|=2|FB|,则k=( )
A.eq \f(1,3) B.eq \f(\r(2),3)
C.eq \f(2,3) D.eq \f(2\r(2),3)
解析:选D.设抛物线C:y2=8x的准线为l,易知l:x=-2,
直线y=k(x+2)恒过定点P(-2,0),
如图,过A,B分别作AM⊥l于点M,BN⊥l于点N,
由|FA|=2|FB|,知|AM|=2|BN|,
所以点B为线段AP的中点,连接OB,
则|OB|=eq \f(1,2)|AF|,
所以|OB|=|BF|,所以点B的横坐标为1,
因为k>0,
所以点B的坐标为(1,2eq \r(2)),
所以k=eq \f(2\r(2)-0,1-(-2))=eq \f(2\r(2),3).故选D.
6.以抛物线C的顶点为圆心的圆交C于A,B两点,交C的准线于D,E两点.已知|AB|=4eq \r(2),|DE|=2eq \r(5),则C的焦点到准线的距离为________.
解析:由题意,不妨设抛物线方程为y2=2px(p>0),由|AB|=4eq \r(2),|DE|=2eq \r(5),可取Aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,p),2\r(2))),Deq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(p,2),\r(5))),设O为坐标原点,由|OA|=|OD|,
得eq \f(16,p2)+8=eq \f(p2,4)+5,得p=4.
答案:4
7.过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F且倾斜角为锐角的直线l与C交于A,B两点,过线段AB的中点N且垂直于l的直线与C的准线交于点M,若|MN|=|AB|,则l的斜率为________.
解析:设抛物线的准线为m,分别过点A,N,B作AA′⊥m,NN′⊥m,BB′⊥m,垂足分别为A′,N′,B′.
因为直线l过抛物线的焦点,所以|BB′|=|BF|,|AA′|=|AF|.
又N是线段AB的中点,|MN|=|AB|,所以|NN′|=eq \f(1,2)(|BB′|+|AA′|)=eq \f(1,2)(|BF|+|AF|)=eq \f(1,2)|AB|=eq \f(1,2)|MN|,所以∠MNN′=60°,则直线MN的倾斜角为120°.又MN⊥l,所以直线l的倾斜角为30°,斜率是eq \f(\r(3),3).
答案:eq \f(\r(3),3)
8.(一题多解)已知点M(-1,1)和抛物线C:y2=4x,过C的焦点且斜率为k的直线与C交于A,B两点.若∠AMB=90°,则k=________.
解析:法一:由题意知抛物线的焦点为(1,0),则过C的焦点且斜率为k的直线方程为y=k(x-1)(k≠0),由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=k(x-1),,y2=4x,))消去y得k2(x-1)2=4x,即k2x2-(2k2+4)x+k2=0,设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=eq \f(2k2+4,k2),x1x2=1.由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=k(x-1),,y2=4x,))消去x得y2=4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,k)y+1)),即y2-eq \f(4,k)y-4=0,则y1+y2=eq \f(4,k),y1y2=-4,由∠AMB=90°,得eq \(MA,\s\up6(→))·eq \(MB,\s\up6(→))=(x1+1,y1-1)·(x2+1,y2-1)=x1x2+x1+x2+1+y1y2-(y1+y2)+1=0,将x1+x2=eq \f(2k2+4,k2),x1x2=1与y1+y2=eq \f(4,k),y1y2=-4代入,得k=2.
法二:设抛物线的焦点为F,A(x1,y1),B(x2,y2),则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(yeq \\al(2,1)=4x1,,yeq \\al(2,2)=4x2,))所以yeq \\al(2,1)-yeq \\al(2,2)=4(x1-x2),则k=eq \f(y1-y2,x1-x2)=eq \f(4,y1+y2),取AB的中点M′(x0,y0),分别过点A,B作准线x=-1的垂线,垂足分别为A′,B′,又∠AMB=90°,点M在准线x=-1上,所以|MM′|=eq \f(1,2)|AB|=eq \f(1,2)(|AF|+|BF|)=eq \f(1,2)(|AA′|+|BB′|).又M′为AB的中点,所以MM′平行于x轴,且y0=1,所以y1+y2=2,所以k=2.
答案:2
9.已知过抛物线y2=2px(p>0)的焦点,斜率为2eq \r(2)的直线交抛物线于A(x1,y1),B(x2,y2)(x1
(2)O为坐标原点,C为抛物线上一点,若eq \(OC,\s\up6(→))=eq \(OA,\s\up6(→))+λeq \(OB,\s\up6(→)),求λ的值.
解:(1)由题意得直线AB的方程为y=2eq \r(2)·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(p,2))),与y2=2px联立,
消去y有4x2-5px+p2=0,
所以x1+x2=eq \f(5p,4).
由抛物线定义得|AB|=x1+x2+p=eq \f(5p,4)+p=9,
所以p=4,从而该抛物线的方程为y2=8x.
(2)由(1)得4x2-5px+p2=0,
即x2-5x+4=0,
则x1=1,x2=4,
于是y1=-2eq \r(2),y2=4eq \r(2),
从而A(1,-2eq \r(2)),B(4,4eq \r(2)),设C(x3,y3),
则eq \(OC,\s\up6(→))=(x3,y3)=(1,-2eq \r(2))+λ(4,4eq \r(2))
=(4λ+1,4eq \r(2)λ-2eq \r(2)).
又yeq \\al(2,3)=8x3,所以[2eq \r(2)(2λ-1)]2=8(4λ+1),
整理得(2λ-1)2=4λ+1,
解得λ=0或λ=2.
10.(2020·河北衡水二模)已知抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点为F,点M(2,m)(m>0)在抛物线上,且|MF|=2.
(1)求抛物线C的方程;
(2)若点P(x0,y0)为抛物线上任意一点,过该点的切线为l0,证明:过点F作切线l0的垂线,垂足必在x轴上.
解:(1)由抛物线的定义可知,|MF|=m+eq \f(p,2)=2,①
又M(2,m)在抛物线上,所以2pm=4,②
由①②解得p=2,m=1,
所以抛物线C的方程为x2=4y.
(2)证明:①当x0=0,即点P为原点时,显然符合;
②x0≠0,即点P不在原点时,
由(1)得,x2=4y,则y′=eq \f(1,2)x,
所以抛物线在点P处的切线的斜率为eq \f(1,2)x0,
所以抛物线在点P处的切线l0的方程为
y-y0=eq \f(1,2)x0(x-x0),
又xeq \\al(2,0)=4y0,
所以y-y0=eq \f(1,2)x0(x-x0)可化为y=eq \f(1,2)x0x-y0.
又过点F且与切线l0垂直的方程为y-1=-eq \f(2,x0)x.
联立方程得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=\f(1,2)x0x-y0,,y-1=-\f(2,x0)x,))
消去x,得y=-eq \f(1,4)(y-1)xeq \\al(2,0)-y0.(*)
因为xeq \\al(2,0)=4y0,
所以(*)可化为y=-yy0,即(y0+1)y=0,
由y0>0,可知y=0,即垂足必在x轴上.
综上,过点F作切线l0的垂线,垂足必在x轴上.
[综合题组练]
1.(2020·广东广州一模)已知F为抛物线C:y2=6x的焦点,过点F的直线l与C相交于A,B两点,且|AF|=3|BF|,则|AB|=( )
A.6 B.8
C.10 D.12
解析:选B.抛物线y2=6x的焦点坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),0)),准线方程为x=-eq \f(3,2),
设A(x1,y1),B(x2,y2),
因为|AF|=3|BF|,
所以x1+eq \f(3,2)=3eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x2+\f(3,2))),
所以x1=3x2+3,
因为|y1|=3|y2|,所以x1=9x2,
所以x1=eq \f(9,2),x2=eq \f(1,2),
所以|AB|=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x1+\f(3,2)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x2+\f(3,2)))=8.
故选B.
2.过抛物线y2=4x的焦点F的直线交该抛物线于A,B两点,O为坐标原点.若|AF|=3,则△AOB的面积为( )
A.eq \f(\r(2),2) B.eq \r(2)
C.eq \f(3\r(2),2) D.2eq \r(2)
解析:选C.
由题意设A(x1,y1),B(x2,y2)(y1>0,y2<0),如图所示,|AF|=x1+1=3,
所以x1=2,y1=2eq \r(2).
设AB的方程为x-1=ty,
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y2=4x,,x-1=ty))
消去x得y2-4ty-4=0.
所以y1y2=-4,所以y2=-eq \r(2),x2=eq \f(1,2),
所以S△AOB=eq \f(1,2)×1×|y1-y2|=eq \f(3\r(2),2),故选C.
3.(2020·江西九江二模)已知抛物线C:x2=4y的焦点为F,直线l与抛物线C交于A,B两点,连接AF并延长交抛物线C于点D,若AB中点的纵坐标为|AB|-1,则当∠AFB最大时,|AD|=( )
A.4 B.8
C.16 D.eq \f(16,3)
解析:选C.设A(x1,y1),B(x2,y2),D(x3,y3),
由抛物线定义得y1+y2+2=|AF|+|BF|,
因为eq \f(y1+y2,2)=|AB|-1,
所以|AF|+|BF|=2|AB|,
所以cs∠AFB=eq \f(|AF|2+|BF|2-|AB|2,2|AF|·|BF|)
=eq \f(3(|AF|2+|BF|2)-2|AF|·|BF|,8|AF|·|BF|)
≥eq \f(6|AF|·|BF|-2|AF|·|BF|,8|AF|·|BF|)=eq \f(1,2),
当且仅当|AF|=|BF|时取等号.
所以当∠AFB最大时,△AFB为等边三角形,
联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=\r(3)x+1,,x2=4y,))消去y得,x2-4eq \r(3)x-4=0,
所以x1+x3=4eq \r(3),
所以y1+y3=eq \r(3)(x1+x3)+2=14.
所以|AD|=16.
故选C.
4.已知直线y=a交抛物线y=x2于A,B两点.若该抛物线上存在点C,使得∠ACB为直角,则实数a的取值范围为________.
解析:如图,设C(x0,xeq \\al(2,0))(xeq \\al(2,0)≠a),A(-eq \r(a),a),B(eq \r(a),a),
则eq \(CA,\s\up6(→))=(-eq \r(a)-x0,a-xeq \\al(2,0)),eq \(CB,\s\up6(→))=(eq \r(a)-x0,a-xeq \\al(2,0)).
因为CA⊥CB,所以eq \(CA,\s\up6(→))·eq \(CB,\s\up6(→))=0,
即-(a-xeq \\al(2,0))+(a-xeq \\al(2,0))2=0,(a-xeq \\al(2,0))(-1+a-xeq \\al(2,0))=0,
所以xeq \\al(2,0)=a-1≥0,所以a≥1.
答案:[1,+∞)
5.已知抛物线的方程为x2=2py(p>0),其焦点为F,点O为坐标原点,过焦点F作斜率为k(k≠0)的直线与抛物线交于A,B两点,过A,B两点分别作抛物线的两条切线,设两条切线交于点M.
(1)求eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→));
(2)设直线MF与抛物线交于C,D两点,且四边形ACBD的面积为eq \f(32,3)p2,求直线AB的斜率k.
解:(1)设直线AB的方程为y=kx+eq \f(p,2),A(x1,y1),B(x2,y2),由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x2=2py,,y=kx+\f(p,2),))得x2-2pkx-p2=0,
则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x1+x2=2pk,,x1·x2=-p2,))所以y1·y2=eq \f(p2,4),
所以eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=x1·x2+y1·y2=-eq \f(3,4)p2.
(2)由x2=2py,知y′=eq \f(x,p),
所以抛物线在A,B两点处的切线的斜率分别为eq \f(x1,p),eq \f(x2,p),所以直线AM的方程为y-y1=eq \f(x1,p)(x-x1),直线BM的方程为y-y2=eq \f(x2,p)(x-x2),则可得Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(pk,-\f(p,2))).
所以kMF=-eq \f(1,k),所以直线MF与AB相互垂直.
由弦长公式知,|AB|=eq \r(k2+1)|x1-x2|=eq \r(k2+1)·eq \r(4p2k2+4p2)=2p(k2+1),
用-eq \f(1,k)代替k得,|CD|=2peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,k2)+1)),
四边形ACBD的面积S=eq \f(1,2)·|AB|·|CD|=2p2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2+k2+\f(1,k2)))=eq \f(32,3)p2,解得k2=3或k2=eq \f(1,3),
即k=±eq \r(3)或k=±eq \f(\r(3),3).
6.已知抛物线C:x2=2py(p>0)和定点M(0,1),设过点M的动直线交抛物线C于A,B两点,抛物线C在A,B处的切线的交点为N.
(1)若N在以AB为直径的圆上,求p的值;
(2)若△ABN的面积的最小值为4,求抛物线C的方程.
解:设直线AB:y=kx+1,A(x1,y1),B(x2,y2),
将直线AB的方程代入抛物线C的方程得x2-2pkx-2p=0,
则x1+x2=2pk,x1x2=-2p.①
(1)由x2=2py得y′=eq \f(x,p),则A,B处的切线斜率的乘积为eq \f(x1x2,p2)=-eq \f(2,p),
因为点N在以AB为直径的圆上,所以AN⊥BN,
所以-eq \f(2,p)=-1,所以p=2.
(2)易得直线AN:y-y1=eq \f(x1,p)(x-x1),直线BN:y-y2=eq \f(x2,p)(x-x2),
联立,得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y-y1=\f(x1,p)(x-x1),,y-y2=\f(x2,p)(x-x2),))
结合①式,解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=pk,,y=-1,))即N(pk,-1).
|AB|=eq \r(1+k2)|x2-x1|=eq \r(1+k2)eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=eq \r(1+k2)eq \r(4p2k2+8p),
点N到直线AB的距离d=eq \f(|kxN+1-yN|,\r(1+k2))=eq \f(|pk2+2|,\r(1+k2)),
则△ABN的面积S△ABN=eq \f(1,2)·|AB|·d=eq \r(p(pk2+2)3)≥2eq \r(2p),当k=0时,取等号,
因为△ABN的面积的最小值为4,
所以2eq \r(2p)=4,所以p=2,故抛物线C的方程为x2=4y.
标准方程
y2=2px(p>0)
y2=-2px(p>0)
x2=2py(p>0)
x2=-2py(p>0)
p的几何意义:焦点F到准线l的距离
图形
顶点
O(0,0)
对称轴
y=0
x=0
焦点
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(p,2),0))
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(p,2),0))
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(p,2)))
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,-\f(p,2)))
离心率
e=1
准线方程
x=-eq \f(p,2)
x=eq \f(p,2)
y=-eq \f(p,2)
y=eq \f(p,2)
范围
x≥0,y∈R
x≤0,y∈R
y≥0,x∈R
y≤0,x∈R
开口方向
向右
向左
向上
向下
焦半径(其中P(x0,y0))
|PF|=x0+eq \f(p,2)
|PF|=-x0+eq \f(p,2)
|PF|=y0+eq \f(p,2)
|PF|=-y0+eq \f(p,2)
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