内容正文:
第35课 抛物线
普查与练习35 Ⅰ 抛物线的定义、标准方程及几何性质
1.抛物线定义的应用
(1)(2023汇编,25分)已知F是抛物线C:y2=4x的焦点,M是C上一点.
①设直线FM交y轴于点P.若M为FP的中点,则|FP|=__3__.
②设点M在第一象限,以F为圆心,FM为半径的圆交抛物线的准线于A,B两点.若A,F,M三点共线,则|MF|=__4__.
③若|MF|=6,则点M的横坐标是__5__;作MN⊥x轴于点N,则△MNF的面积为 __4__.(2021北京)
④过点M作直线x=-2的垂线,垂足为H,若T(4,5),则|MT|+|MH|的最小值是( D )
A.5 B.6
C. D.+1
⑤若点Q也在抛物线上,且·=-4,||-||=4,则·=( A )
A.-11 B.-12
C.-13 D.-14
解析:由C:y2=4x得p=2,∴抛物线的焦点F的坐标为(1,0).
①∵M是FP的中点,点P在y轴上,∴xM==.
又M在抛物线上,
∴|FM|=xM+=,|FP|=2|FM|=3.
②∵A,F,M三点共线,∴AM为圆的直径,
∴BM⊥AB,BM∥x轴.
又F为AM的中点,且点F到准线的距离为2,
∴|BM|=4,
∴|MF|=|BM|=4.
③∵|MF|=xM+=xM+1=6,∴xM=5,
∴yM=±2,∴S△FMN=×(5-1)×2=4.
④如图,连接MF.
由抛物线的定义可知点M到准线x=-1的距离为|MF|,
∴|MH|=|MF|+1,
∴|MT|+|MH|=|MT|+|MF|+1.
由图可知,当T,M,F三点共线时,|MT|+|MF|最小,
∴|MT|+|MF|的最小值为|TF|==,
∴|MT|+|MH|的最小值为+1.故选D.
⑤设M(x1,y1),Q(x2,y2)(x1,x2>0),则x1=,x2=.
由·=-4,得x1x2+y1y2=-4,
即·+y1y2=-4,
∴y1y2=-8,∴x1x2=·=4.
∵F(1,0),|-|=4,
∴(x1+1)-(x2+1)=4,即x1-x2=4,
∴(x1+x2)2=(x1-x2)2+4x1x2=48+16=64.
又x1,x2>0,∴x1+x2=8,
∴·=(x1-1,y1)·(x2-1,y2)=(x1-1)·(x2-1)+y1y2=x1x2-(x1+x2)+1+y1y2=4-8+1-8=-11.故选A.
2.抛物线的标准方程
a.利用定义法求抛物线的标准方程(与抛物线有关的轨迹问题)
(2)(经典题,5分)点P到(1,0)的距离比其到直线x+2=0的距离少1,则点P的轨迹方程为__y2=4x__.
解析:由已知可得点P一定在x+2=0的右侧,否则P到点(1,0)的距离一定大于到x+2=0的距离.由P到(1,0)的距离比其到直线x+2=0的距离少1,可得P到(1,0)的距离与其到x+1=0的距离相等,故点P的轨迹是以(1,0)为焦点,x+1=0为准线的抛物线,其方程为y2=4x.
(2023改编,5分)已知点P到F(4,0)的距离与到直线x=-5的距离相等,则点P的轨迹方程为__y2=18x+9__.
解析:设点P(x,y),则由题意,得=,化简整理得y2=18x+9,即点P的轨迹方程为y2=18x+9.
b.利用待定系数法求抛物线的标准方程
(3)(2023汇编,15分)已知抛物线E:y2=2px(p>0).
①若抛物线E的焦点到直线y=x+1的距离为,则p=( B )(2021新高考Ⅱ)
A.1 B.2
C.2 D.4
②设B,C是抛物线E上的两点,F为抛物线的焦点,若OF为菱形OBFC的一条对角线(O为坐标原点),另一条对角线BC的长为2,则p=( B )
A.1 B.
C.2 D.2
③设点P(1,a)(a>1)在抛物线E上,过P作圆(x-1)2+y2=1的两条切线,分别交抛物线于点M,N,若直线MN的斜率为-1,则抛物线的方程为( A )
A.y2=4x B.y2=2x
C.y2=x D.y2=
解析:由y2=2px(p>0)可知E的焦点为.
①根据题意可得,点到直线x-y+1=0的距离d==,
解得p=-6或2.又因为p>0,所以p=2.故选B.
②因为菱形的对角线互相垂直平分,所以由题意可得BC垂直平分OF.又F,|BC|=2,点B,C均在抛物线上,所以点在抛物线上.将代入抛物线方程可得1=,解得p=或p=-(舍).故选B.
③易知圆(x-1)2+y2=1的圆心为(1,0),所以点P与圆心的横坐标相同,所以两条切线PM,PN关于直线x=1对称,即kPM=-kPN.
设M(x1,y1),N(x2,y2),
则kPM===,同理kPN=,
所以=-,变形可得(a+y1)=-(a+y2),
即y1+y2=-2a.因为直线MN的斜率为-1,
所以===-=-1,所以p=a,
即P的坐标为(1,p),则p2=2p,解得p=2或0(舍去),
所以抛物线的方程为y2=4x.故选A.
(4)(2021宁夏期末,5分)顶点在原点,对称轴为坐标轴,且过点P(-4,-2)的抛物线的标准方程是( D )
A.y2=-x
B.x2=-8y
C.y2=-8x或x2=-y
D.y2=-x或x2=-8y
解析:当对称轴为x轴时,设抛物线的方程为y2=mx(m≠0),代入点P(-4,-2),解得m=-1,则抛物线的方程为y2=-x;当对称轴为y轴时,设抛物线的方程为x2=ny(n≠0),代入点P(-4,-2),解得n=-8,则抛物线的方程为x2=-8y.综上,所求抛物线的标准方程是y2=-x或x2=-8y.故选D.
3.抛物线的几何性质
a.求抛物线的焦点坐标与准线方程
(5)(2023改编,10分)已知抛物线C:y=ax2(a≠0).
①若ax2-3ax+6=0仅有一解,则抛物线的焦点坐标为____;
②若抛物线C的焦点是直线x+y-1=0与坐标轴的交点,则抛物线的准线方程为__y=-1__.
解析:①由题意可知Δ=9a2-24a=3a(3a-8)=0,所以a=(a=0舍去),所以抛物线C的方程为y=x2,整理得x2=y,所以抛物线的焦点坐标为.
②因为抛物线y=ax2的焦点在y轴上,且直线x+y-1=0与y轴的交点坐标为(0,1),所以抛物线C的焦点为(0,1),所以抛物线的准线方程为y=-1.
(6)(2021新高考Ⅰ,5分)已知O为坐标原点,抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,P为C上一点,PF与x轴垂直,Q为x轴上一点,且PQ⊥OP.若|FQ|=6,则C的准线方程为__x=-__.
解析:抛物线C:y2=2px (p>0)的焦点F.
因为P为C上一点,PF与x轴垂直,
所以P的横坐标为,代入y2=2px,可得点P的纵坐标为±p,不妨设P.
因为Q为x轴上一点,且PQ⊥OP,所以Q在F的右侧.
又因为|FQ|=6,所以Q,即=(6,-p),
所以·=×6-p2=0,解得p=3或0(舍去),
所以C的准线方程为x=-.
b.抛物线对称性的应用
(7)(2020全国Ⅲ,5分)设O为坐标原点,直线x=2与抛物线C:y2=2px(p>0)交于D,E两点,若OD⊥OE,则C的焦点坐标为( B )
A. B.
C.(1,0) D.(2,0)
解析:(法一)将x=2代入抛物线方程y2=2px,可得y=±2.由OD⊥OE,得kOD·kOE=-1,即·=-1,解得p=1,所以抛物线C的方程为y2=2x,焦点坐标为.故选B.
(法二)由题意得D,E两点关于x轴对称,所以DE⊥x轴,OD=OE.又OD⊥OE,所以△ODE为等腰直角三角形,所以∠ODE=45°,所以∠DOx=45°,所以O,D所在直线斜率为1,所以D(2,2),代入抛物线方程y2=2px,可得4=4p,解得p=1,所以C的焦点坐标为.故选B.
(8)(经典题,5分)已知抛物线y=x2和y=-x2+5所围成的封闭曲线如图所示,给定点A(0,a),若在此封闭曲线上恰有三对不同的点,满足每一对点关于点A对称,则实数a的取值范围是( D )
A.(1,3) B.(2,4)
C. D.
解析:∵抛物线y=x2和y=-x2+5均关于y轴对称,∴封闭曲线关于y轴对称.由题可知,两抛物线的交点为(-4,4)和(4,4),封闭曲线的最高点和最低点分别为(0,5)和(0,0).①若对称点在同一个抛物线上,则直线y=a与抛物线y=x2或y=-x2+5的两个交点关于点A对称,显然这样的对称点有且只有一组.②若对称点分属于两个抛物线,设抛物线y=x2上的点B(x1,y1)(0<x1<4)与抛物线y=-x2+5上的点C(x2,y2)(-4<x2<0)关于点A对称,∵封闭曲线关于y轴对称,∴抛物线y=x2上的点B′(-x1,y1)与抛物线y=-x2+5上的点C′(-x2,y2)关于点A对称,∴只需考虑B,C关于点A对称,则
∴x-(-x1)2+5=2a,
∴x1=±,此时分属两个抛物线的对称点有两组,符合题意.
又∵0<x1<4,∴a∈.故选D.
c.抛物线与椭圆、双曲线的综合
(9)(2019全国Ⅱ,5分)若抛物线y2=2px(p>0)的焦点是椭圆+=1的一个焦点,则p=( D )
A.2 B.3 C.4 D.8
解析:易知抛物线y2=2px(p>0)的焦点坐标为,椭圆+=1(p>0)的焦点坐标为(±,0),即(±,0).因为p>0,所以=,解得p=8或p=0(舍去).故选D.
(10)(2021天津,5分)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的右焦点与抛物线y2=2px(p>0)的焦点重合,抛物线的准线交双曲线于A,B两点,交双曲线的渐近线于C,D两点,若|CD|=|AB|,则双曲线的离心率为( A )
A. B. C.2 D.3
解析:设抛物线的准线与x轴的交点为P,抛物线的焦点为Q,则P,Q关于y轴对称.
由题意可知Q是双曲线的右焦点,
所以P是双曲线的左焦点,|OP|=|OQ|=c.
因为AB经过双曲线的左焦点且与x轴垂直,
所以AB为双曲线的通径,即|AB|=.
根据渐近线的性质可知=tan∠COP,即=,
所以|CP|=,|CD|=2|CP|=,
所以==,即c=b,所以a==b,
所以=,即双曲线的离心率为.故选A.
随堂普查练35 Ⅰ
1.(2020山东威海二模改编,5分)已知抛物线y2=4x上三点A(x1,y1),B(1,2),C(x2,y2),F为抛物线的焦点,命题p:“++=0”是命题q:“||,||,||成等差数列”的( A )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
解析:由题意得F(1,0).因为++=0,所以F为△ABC的重心,
所以即
由抛物线的定义可知,||+||=x1+x2+2=2+2=4,||=1+=1+1=2,则||,||,||成等差数列,所以由命题p能够推出命题q.
若||,||,||成等差数列,则||+||=2||,即x1+x2+2=2×=4,解得x1+x2=2,则+=2,即y+y=8,不能得出y1+y2=-2,即不能得出++=0,所以由命题q不能推出命题p.
所以命题p是命题q的充分不必要条件.故选A.
2.(2020陕西模拟,5分)已知抛物线y2=4x的焦点为F,点A(3,2),点P为抛物线上一点,且点P不在直线AF上,则△PAF周长的最小值为( C )
A.4 B.5 C.4+2 D.5+
解析:易知抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),准线方程为x=-1.
过P作准线的垂线,垂足为D,则根据抛物线的定义可知|PF|=|PD|.
又因为|AF|==2,
所以△PAF的周长C△PAF=|PA|+|PF|+|AF|=|PA|+|PD|+2.
易知点A在抛物线内部,所以当P,A,D三点共线时,|PA|+|PD|最小,此时过点A且与准线垂直的直线与抛物线的交点为点P,
所以(|PA|+|PD|)min=xA-(-1)=3+1=4,
所以(C△PAF)min=4+2.故选C.
3.(2021浙江模拟,4分)已知抛物线y2=2px的焦点为F,点A,B是该抛物线上的点,且||=6,·=0,过线段AB的中点M向抛物线的准线作垂线,垂足为N,则||的最大值为__3__.
解析:如图,不妨取A,B在x轴异侧,分别过A,B向抛物线的准线作垂线,垂足为A1,B1 .设|AF|=a,|BF|=b.
∵·=0,∴AF⊥BF.又||=6,∴|AB|==6.
∵M是AB的中点,MN⊥A1B1,
∴|MN|=(|AA1|+|BB1|)=(|AF|+|BF|)=.
∵≤,∴=≤,
当且仅当a=b时等号成立.
同理,A,B在x轴同侧时也有≤,
∴|MN|的最大值为|AB|=3.
4.(2020河南开封一模改编,5分)在平面直角坐标系xOy中,已知点F(1,0),直线l:x=-1,点P在直线l上移动,R是线段PF与y轴的交点,动点Q满足RQ⊥PF,PQ⊥l.则动点Q的轨迹方程为__y2=4x__.
解析:由题意可知R是线段PF的中点.又因为RQ⊥PF,所以RQ为线段PF的垂直平分线,所以|QP|=|QF|.又因为PQ⊥l,所以点Q到点F的距离和到直线l的距离相等.由抛物线的定义可得动点Q的轨迹方程为y2=4x.
5.(2020全国Ⅰ,5分)已知A为抛物线C:y2=2px(p>0)上一点,点A到C的焦点的距离为12,到y轴的距离为9,则p=( C )
A.2 B.3 C.6 D.9
解析: 因为抛物线上的点到焦点的距离和到准线的距离相等,所以点A到准线的距离为12.又点A到y轴的距离为9,抛物线C的准线方程为x=-,所以9+=12,解得p=6.故选C.
6.(经典题,5分)抛物线x2=2py(p>0)的准线交圆x2+y2+6y-16=0于A,B两点,若|AB|=8,则抛物线的方程为__x2=24y__.
解析:易知抛物线x2=2py(p>0)的准线方程为y=-.
将圆的方程x2+y2+6y-16=0化为标准形式得x2+(y+3)2=25,所以圆心为C(0,-3),半径为5.
连接AC,BC,则|AC|=5.
设AB与y轴交于点D,由对称性知|AD|=|AB|=4,AD⊥CD,
所以|CD|===3,
所以=3,解得p=12(p=0舍去),
所以抛物线方程为x2=24y.
7.(2023汇编,15分)已知抛物线E:y2=2px(p>0),其焦点为F,点P在抛物线上.
①设P(2,t),若点P到焦点F的距离等于4,则p=( D )
A. B. C.2 D.4
②若P为抛物线E与圆C:2+y2=p2的一个交点,Q为另一交点,且sin∠PQC=,则p=( D )
A.6 B.4
C.3 D.2
③设以焦点F为圆心,以FP为半径的圆与抛物线的准线交于A,B两点,∠AFB=θ,若2sin2θ-sin2θ=3cosθ-sinθ,且△PAB的面积为,则p=( A )
A.8 B.4
C.4 D.8
解析:①由y2=2px(p>0)可知E的准线为x=-.
∵点P到焦点F的距离等于4,
∴点P到准线x=-的距离等于4,
∴2+=4,解得p=4.故选D.
②由圆C的方程可得圆心C,半径r=,
∴圆C关于x轴对称.
又抛物线E关于x轴对称,∴P,Q关于x轴对称.
设PQ与x轴交于点D,P,Q,
则|CD|=+.
∵∠PQC=∠QPC,
∴sin∠QPC=sin∠PQC===,即=2p-,
cos∠QPC=cos∠PQC===,即y0=,
∴p=2.故选D.
③设准线与x轴交于点D1,连接FP.
∵2sin2θ-sin2θ=3cosθ-sinθ,
∴2cos2θ+3cosθ-2=sinθ-sin2θ,
∴(2cosθ-1)(cosθ+2)=sinθ(1-2cosθ),
∴(2cosθ-1)(cosθ+2+sinθ)=0,
∴cosθ=,结合图形可知θ=,且|AF|=|BF|,
∴△AFB为等边三角形.
易知|FD1|=p,∴|AB|=|AF|=p,
∴|FP|=p,
∴S△PAB=|AB|=|AB|·|FP|=·=p2=,解得p=8.故选A.
8.(2020北京朝阳区模拟,4分)已知双曲线x2-=1的一条渐近线与抛物线M:y2=2px(p>0)交于点A(2,a),直线AB过抛物线M的焦点,交抛物线M于另一点B,则|AB|等于( C )
A. B.4
C. D.5
解析:不妨取双曲线x2-=1的渐近线y=x.
因为双曲线x2-=1的一条渐近线与抛物线M:y2=2px(p>0)交于点A(2,a),
所以a=2,A(2,2),
代入抛物线方程,可得p=2,
所以抛物线方程为y2=4x,焦点坐标为(1,0).
因为直线AB过抛物线M的焦点,
所以直线AB的斜率kAB==2,
所以直线AB的方程为y=2(x-1).
由
消去y并整理得2x2-5x+2=0.
由根与系数的关系可得xA+xB=,
所以|AB|=xA+xB+p=.故选C.
普查与练习35 Ⅱ 直线与抛物线的位置关系
4.直线与抛物线位置关系的相关问题
a.直线与抛物线相交的焦点弦相关问题
(11)(经典题, 5分)设F为抛物线C:y2=3x的焦点,过F且倾斜角为30°的直线交C于A,B两点,O为坐标原点,则△OAB的面积为( D )
A. B. C. D.
解析:∵抛物线C:y2=3x的焦点为F,
∴直线AB的方程为y=.
(法一)联立直线AB与抛物线的方程,
得消元得x2-x+=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1+x2=,
∴由抛物线的定义,可得=x1+x2+p=+=12.
∵点O到直线AB的距离d==,
∴△OAB的面积为S△OAB=·d=×12×=.
(法二)联立直线AB与抛物线的方程,
得消元得4y2-12y-9=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=3,y1y2=-.
∴S△OAB=·=××==.
(法三)依题知直线AB的倾斜角α=30°,∴|AB|===12,
∴S△OAB=|OF||AB|sinα=××12×=.故选D.
(12)(2021河北衡水模拟,5分)设抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,倾斜角为θ的直线l经过抛物线的焦点F,且与抛物线相交于M,N两点,若·=-22,则sin2θ=( D )
A. B. C. D.
解析:由题可得,抛物线y2=2px(p>0)的焦点F.
设直线l:y=k,k=tanθ,M(x1,y1),N(x2,y2),
联立整理得k2x2-(2p+pk2)x+=0,
∴x1+x2=,x1x2=.
∵·=-22,
∴||||cos180°=-22,∴||=2||,
∴x1+=2,即x1=2x2+,
∴x1+x2=3x2+,即=3x2+,
∴x2=.
又x1x2=,∴x2=,
∴2x+·x2=,
即2+·=,
∴k4-7k2-8=0,解得k2=8或k2=-1(舍).
∵k>0,∴k=tanθ=2,
∴sin2θ===.故选D.
(13)(2023改编,16分)已知抛物线C的方程:x2=2py(p>0),设AB是过抛物线焦点F的弦,A(x1,y1),B(x2,y2).
(Ⅰ)证明:x1x2,y1y2为定值,并求出定值;
答案:见证明过程,x1x2=-p2,y1y2=
解析:证明:当直线AB的斜率不存在时,显然不满足题意.
当直线AB的斜率存在时,设直线AB的方程为y=kx+,联立直线AB与抛物线的方程,得消去y,整理得x2-2pkx-p2=0,
∴x1x2=-p2,x1+x2=2pk,(3分)
∴y1y2=·===.(4分)
(Ⅱ)证明:+为定值,并求出此定值;
答案:见证明过程,+=
解析:证明:由题可知,y1,y2>0,根据抛物线定义得=y1+,=y2+,(5分)
∴+=+
==
===.(8分)
(Ⅲ)试判断以AB为直径的圆与准线的位置关系并加以证明;
答案:以AB为直径的圆与抛物线准线相切,见证明过程
解析:以AB为直径的圆与抛物线的准线相切.(9分)
证明:设以AB为直径的圆的半径为r,AB的中点坐标为P(x0,y0),如图所示.
则=+=y1++y2+=y1+y2+p=2r.(10分)
设点P到准线y=-的距离为d,则d=y0+=+=r,即圆心到准线的距离等于半径r,故以AB为直径的圆与抛物线准线相切.(12分)
(Ⅳ)分别过点A,B作抛物线的切线,这两条切线的交点为M,证明:交点M在抛物线的准线上.
答案:见证明过程
解析:证明:抛物线方程为y=x2,求导可得y′=,
所以过点A的切线lA:y=(x-x1)+y1.
又y1=x,所以lA:y=x-x①.
同理可得过点B的切线lB:y=x-x②.
联立①②,可得xM=,yM=.
又由(Ⅰ)得x1x2=-p2,所以yM=-,
即交点M在抛物线的准线上.(16分)
b.直线与抛物线相交的弦长(非焦点弦)和面积问题
(14)(2019全国Ⅰ,12分)已知抛物线C:y2=3x的焦点为F,斜率为 的直线l与C的交点为A,B,与x轴的交点为P.
(Ⅰ)若|AF|+|BF|=4,求l的方程;
答案:y=x-
解析:解:设直线l:y=x+t,A(x1,y1),B(x2,y2).
联立消去x,可得y2-2y+2t=0.
由题可知Δ=4-8t>0,解得t<①,
所以y1+y2=2,y1y2=2t,
所以x1+x2=+==.(4分)
由题设得F,故|AF|+|BF|=x1+x2+=4,
所以x1+x2=,(6分)
所以=,解得t=-,满足①式,
所以直线l的方程为y=x-.(8分)
(Ⅱ)若=3,求|AB|.
答案:
解析:解:由=3可得y1=-3y2.(9分)
因为y1+y2=2,y1y2=2t, 所以-3y2+y2=2,
所以y2=-1,y1=3,
所以t==,满足①式,
故|AB|=|y1-y2|=4=.(12分)
(15)(2023改编,15分)已知直线l:y=kx+4与抛物线C:y=ax2交于A,B两点,O为坐标原点,OA⊥OB.
(Ⅰ)求抛物线C的标准方程;
答案:x2=4y
解析:解:设A(x1,y1),B(x2,y2),
联立得ax2-kx-4=0,
∴x1x2=-.
∵OA⊥OB,∴·=x1x2+y1y2=0,
即x1x2+a2xx=0,
∴-+16=0,解得a=,
∴抛物线C的方程为x2=4y.(3分)
(Ⅱ)过点A作直线l1交抛物线C于另一点M,交y轴于点N.
(ⅰ)若直线l1的斜率为-2,点N在y轴负半轴上,求△OAM面积的最大值,并写出此时点N的坐标.
答案:△OAM面积的最大值为,此时N
解析:解:根据题意可设直线l1的方程为y=-2x+b(b<0),点M(x3,y3),
联立整理得x2+8x-4b=0,
由Δ=64-4×1×(-4b)=64+16b>0,得b>-4.
又点N在y轴负半轴上,故-4<b<0,
∴x1+x3=-8,x1x3=-4b,
∴|AM|=|x1-x3|=
==4.
点O到直线l1的距离d==,
∴S△OAM=|AM|·d=×4·
=-2b·=2.(8分)
设f(x)=4x2+x3,-4<x<0,则f′(x)=8x+3x2.
令f′(x)=0,解得x=0或x=-,
∴当-4<x<-时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
当-<x<0时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
∴f(x)max=f=,
∴(S△OAM)max=2=,
此时点N的坐标为.(9分)
(ⅱ)若|AN|=|AM|,求|BM|的最小值.
答案:8
解析:解:若直线BM的斜率不存在,则该直线与C只有一个公共点,不合题意,∴直线BM的斜率存在.
设直线BM的方程为y=tx+m,N(0,n),
联立整理得x2-4tx-4m=0,
∴x2+x3=4t,x2x3=-4m.
由(Ⅰ)知x1x2=-16,
∴===.
∵|AN|=|AM|,∴A是MN的中点,
∴x1=,即=,
∴=,解得m=8,(12分)
∴x2x3=-32,
∴|BM|=·|x2-x3|
=·
=·=4
=4≥8,
当且仅当t=0时,等号成立,
∴|BM|的最小值为8.(15分)
c.直线与抛物线相交的中点弦问题
(16)(2021辽宁模拟,5分)已知斜率为3的直线l与抛物线C:y2=6x交于A,B两点,当弦AB的中点到焦点的距离达到最小时,直线l的方程为 __y=3x-__.
解析:由C:y2=6x可知焦点的坐标为.
设A(x1,y1),B(x2,y2),x1≠x2,则y=6x1,y=6x2,
两式相减得y-y=(y1-y2)(y1+y2)=6(x1-x2),
∴(y1+y2)=6.
又∵直线AB的斜率k==3,∴y1+y2=2,
∴弦AB的中点的纵坐标为1.
设AB中点的坐标为(x0,1),
则中点到焦点的距离d==,
∴当x0=时,d取得最小值1,此时中点坐标为,在抛物线C的内部,符合题意,
∴直线l的方程为y-1=3,即y=3x-.
d.直线与抛物线相切时的相关问题
(17)(2020天津耀华中学期末,5分)若直线y=kx+1与抛物线y2=4x有且只有一个公共点,则k的值是__0或1__.
解析:当k=0时,直线方程为y=1,直线与x轴平行,所以直线与抛物线y2=4x只有一个公共点,满足题意.
当k≠0时,将直线方程与抛物线方程联立,消去y可得k2x2+(2k-4)x+1=0.
由题意得Δ=(2k-4)2-4k2=0,解得k=1.
综上,当k=0或k=1时,直线与抛物线有且仅有一个公共点.
(18)(2021辽宁沈阳一模,5分)已知抛物线x2=4y,点M(t,-2),t∈[-1,1],过M作抛物线的两条切线,切点为A,B,直线AB与y轴交于点P,则的取值范围是____.
解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),不妨令x1<x2,
由抛物线x2=4y可得y=,则y′=,
∴抛物线在A处的切线方程为y+2=(x-t).
联立
整理可得x2-2x1x+2x1t+8=0,
∴Δ=4x-8x1t-32=0,即x-2x1t-8=0.
同理x-2x2t-8=0,
∴x1,x2是方程x2-2tx-8=0的两根,
∴x1+x2=2t,x1x2=-8.
∵P在y轴上,∴=.
令m=>0,则m+=+===.
∵t∈[-1,1],∴m+∈.
令m+=2,得m=1;令m+=,得m=或2.
结合对勾函数的单调性,可得m∈,即的取值范围是.
(19)(2021安徽六安期末,12分)设A,B为曲线C:y=上两点,A与B的横坐标之和为4.
(Ⅰ)求直线AB的斜率;
答案:1
解析:解:依题可设A,B,x1≠x2,(2分)
则直线AB的斜率为k==(x1+x2)=×4=1.(5分)
(Ⅱ)设M为曲线C上一点,C在M处的切线与直线AB平行,且AM⊥BM,求直线AB的方程.
答案:y=x+7
解析:解:设直线AB的方程为y=x+t,代入曲线C:y=,
可得x2-4x-4t=0.
由题意知Δ=16+16t>0,即t>-1,
所以x1+x2=4,x1x2=-4t.(7分)
设M,m≠x1,m≠x2,再由y=的导数为y′=x,
可得C在M处切线的斜率为m,由C在M处的切线与直线AB平行,可得m=1,解得m=2,即M(2,1).(9分)
由AM⊥BM可得,kAM·kBM=-1,
即·=-1,即(x1+2)(x2+2)=-16,(11分)
即x1x2+2(x1+x2)+20=0,即-4t+8+20=0,解得t=7,
则直线AB的方程为y=x+7.(12分)
5.抛物线与圆的综合问题
(20)(2020山东德州一模,12分)已知抛物线E:x2=2py(p>0)的焦点为F,圆M的方程为x2+y2-py=0.若直线x=4与x轴交于点R,与抛物线交于点Q,且|QF|=|RQ|.
(Ⅰ)求抛物线E和圆M的方程;
答案:抛物线E:x2=4y,圆M:x2+y2-2y=0
解析:解:设Q(4,y0),由|QF|=|RQ|,得y0+=y0,解得y0=2p,所以Q(4,2p).(2分)
将点Q的坐标代入抛物线方程,可得p=2,
所以抛物线E:x2=4y,圆M:x2+y2-2y=0.(4分)
(Ⅱ)过焦点F的直线l与抛物线E交于A,B两点,与圆M交于C,D两点(A,C在y轴同侧),求证:|AC|·|DB|是定值.
答案:见证明过程
解析:证明:抛物线E:x2=4y的焦点F(0,1).
设直线l的方程为y=kx+1,A(x1,y1),B(x2,y2).
联立消去y并整理得x2-4kx-4=0,(6分)
则Δ=16(k2+1)>0,x1+x2=4k,x1x2=-4.
由圆的方程可得圆M的圆心为M(0,1),半径为1,圆心就是抛物线E的焦点.
由抛物线的定义可知|AF|=y1+1,|BF|=y2+1,(9分)
则|AC|=|AF|-1=y1,|BD|=|BF|-1=y2,
所以|AC|·|BD|=y1y2=·=1,
即|AC|·|DB|是定值1.(12分)
(21)(2021全国Ⅰ,12分)抛物线C的顶点为坐标原点O,焦点在x轴上,直线l:x=1交C于P,Q两点,且OP⊥OQ.已知点M(2,0),且⊙M与l相切.
(Ⅰ)求C,⊙M的方程;
答案:抛物线C:y2=x,⊙M:(x-2)2+y2=1
解析:解:依题意设抛物线C:y2=2px(p>0),P(1,y0),Q(1,-y0).
因为OP⊥OQ,所以·=1-y=1-2p=0,
所以2p=1,
所以抛物线C的方程为y2=x.
因为M(2,0),⊙M与x=1相切,所以半径为1,
所以⊙M的方程为(x-2)2+y2=1.(4分)
(Ⅱ)设A1,A2,A3是C上的三个点,直线A1A2,A1A3均与⊙M相切,判断直线A2A3与⊙M的位置关系,并说明理由.
答案:相切,理由见解答过程
解析:解:直线A2A3与圆M相切.(5分)
理由:设A1(x1,y1),A2(x2,y2),A3(x3,y3),
若A1A2的斜率不存在,则A1A2的方程为x=1或x=3.
当A1A2方程为x=1时,根据对称性不妨设A1(1,1),A2(1,-1),
则过A1与圆M相切的另一条直线方程为y=1,
此时该直线与抛物线只有一个交点,即不存在A3,故A1A2的方程不可能为x=1.
当A1A2的方程为x=3时,根据对称性不妨设A1(3,),A2(3,-).
设A1A3的方程为y-=k(x-3),
即kx-y-3k+=0,
则由A1A3与圆M相切可知,点M到A1A3的距离=1,解得k=,
所以A1A3的方程为y-=(x-3).
又因为kA1A3====,
所以y3=0,所以x3=0,A3(0,0),
此时直线A1A3,A2A3关于x轴对称,⊙M也关于x轴对称,
所以直线A2A3与圆M相切.(8分)
若直线A1A2的斜率存在,
则直线A1A3,A2A3的斜率均存在,
则kA1A2=,kA1A3=,kA2A3=,
所以直线A1A2的方程为y-y1=(x-x1),
整理得x-(y1+y2)y+y1y2=0,
同理直线A1A3的方程为x-(y1+y3)y+y1y3=0,
直线A2A3的方程为x-(y2+y3)y+y2y3=0.
因为A1A2与圆M相切,所以=1,
整理得(y-1)y+2y1y2+3-y=0.
又A1A3与圆M相切,
所以同理(y-1)y+2y1y3+3-y=0,
所以y2,y3为方程(y-1)y2+2y1y+3-y=0的两根,
∴y2+y3=-,y2y3=.
M到直线A2A3的距离
d==
===1,
所以直线A2A3与圆M相切.
综上,若直线A1A2,A1A3与圆M相切,则直线A2A3与圆M相切.(12分)
随堂普查练35 Ⅱ
1.(2020陕西模拟,5分)过抛物线C:y2=4x的焦点F的直线l交C于A,B两点,设A,B在y轴上的投影分别为A′,B′.若|AB|=(|AA′|+|BB′|),则直线l的斜率为( C )
A.± B.±1 C.± D.±2
解析:由题意得F(1,0),p=2.
由抛物线的定义,得|AB|=(|AA′|+|BB′|)=|AA′|+|BB′|+2,
所以|AA′|+|BB′|=4,所以直线l斜率存在.
设直线l:y=k(x-1),联立
消去y并整理得k2x2-(2k2+4)x+k2=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=,
所以|AA′|+|BB′|==4,解得k=±.故选C.
2.(2020山东烟台模拟,12分)已知O为坐标原点,F为抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,过F且斜率为1的直线交抛物线于A,B两点,△AOB的面积为8.
(1)求抛物线C的方程;
答案:y2=8x
解析:解:由题可知,直线AB的方程为y=x-.
设A(x1,y1),B(x2,y2).
联立消去x并整理得y2-2py-p2=0,
∴y1+y2=2p,y1y2=-p2,
∴|y1-y2|===2p,
∴S△AOB=××|y1-y2|=p2=8,解得p=4.
故抛物线C的方程为y2=8x.(4分)
(2)若P为C上位于第一象限的任意一点,直线l与C相切于点P,连接PF并延长,交C于点M,过点P作l的垂线,交C于另一点N,求△PMN面积S的最小值.
答案:64
解析:解:由(1)知F(2,0).设P(y0>0),M(,y3),N,直线l的方程为x-=t(y-y0),则=,=.
∵M,F,P三点共线,∴∥,即y0-y3=0,化简整理得(y3-y0)(y0y3+16)=0.
又y0≠y3,∴y0y3=-16.
联立消去x并整理得y2-8ty+8ty0-y=0.
∵直线l与抛物线相切,∴Δ=64t2-32ty0+4y=0,解得t=.(6分)
又PN⊥l,∴直线PN的方程为y-y0=-,即y0x+4y-4y0-=0,
∴点M到直线PN的距离d=.
将y3=-代入上式可得d== .(8分)
联立消去x并整理得y0y2+32y-y-32y0=0,∴y0+y4=-,即y4=--y0,
∴|PN|=·|y0-y4|=·=.(10分)
故S=·d·|PN|=××==≥×=64,
当且仅当y0=4时,等号成立.
所以△PMN面积S的最小值为64.(12分)
3.(2021浙江温州模拟,15分)如图,过点F(1,0)和点E(4,0)的两条平行线l1和l2分别交抛物线y2=4x于A,B和C,D(其中A,C在x轴的上方),AD交x轴于点G.
(1)求证:点C、点D的纵坐标乘积为定值;
答案:见证明过程
解析:证明:设A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3),D(x4,y4).
∵l1∥l2,且l1,l2均与抛物线有两个交点,
∴两直线的斜率均不存在,或均不为0且相等.
设AB:x=my+1,CD:x=my+4,
联立整理得y2-4my-16=0,
∴y3+y4=4m,y3y4=-16,
∴点C、点D的纵坐标乘积为定值.(5分)
(2)分别记△ABG和△CDG的面积为S1和S2,当=时,求直线AD的方程.
答案:2x+y-4=0
解析:解:如图,过A作AM⊥x轴于点M,过D作DN⊥x轴于点N,则△GAM∽△GDN,
∴==.
又l1∥l2,∴△AGF∽△DGE,
∴==.(7分)
由(1)知直线AB:x=my+1,
联立整理得y2-4my-4=0,
∴y1+y2=4m,y1y2=-4,
∴====,且y1>0,y4<0,
∴y4=-2y1.(11分)
又∵y1+y2=y3+y4,∴y1-=+y4=-2y1,
解得y1=2(负值舍去),∴y4=-4.
在y2=4x中,令y=2,得x=1;令y=-4,得x=4,
∴A(1,2),D(4,-4),
∴直线AD:y-2=-2(x-1),即2x+y-4=0.(15分)
4.(2020宁夏银川模拟,5分)已知抛物线C:y2=2x,过点E(a,0)的直线l与C交于不同的两点P(x1,y1),Q(x2,y2),且满足y1y2=-4,以Q为中点的线段的两端点分别为M,N,其中N在x轴上,M在C上,则a=__2__,|PM|的最小值为__4__.
解析:设直线l的方程为x=my+a,代入抛物线方程y2=2x,可得y2-2my-2a=0,
则y1+y2=2m,y1y2=-2a=-4,解得a=2.
设直线PM的方程为x=ny+b,代入抛物线方程y2=2x,可得y2-2ny-2b=0.
设M(x3,y3),则y1+y3=2n,y1y3=-2b.
由Q为MN的中点,且N在x轴上,可得y3=2y2,
所以y1y3=2y1y2=-8,
所以|PM|=·
=·=2≥4,
当且仅当n=0,即PM⊥x轴时,|PM|取得最小值4.
5.(2020四川德阳模拟,5分)已知点M,直线l过抛物线C:x2=4y的焦点交抛物线C于A,B两点,且直线AM恰与抛物线C相切,那么线段AB中点的坐标为____.
解析:抛物线C的焦点为(0,1),设A(x1,y1),B(x2,y2),直线l的方程为y=kx+1.
由消去y并整理得x2-4kx-4=0,
则x1+x2=4k,x1x2=-4.
由y=x2,求导可得y′=x.
因为直线AM与抛物线C相切,
所以直线AM的斜率kAM===x1,化简整理得x-3x1-4=0,
解得x1=4或x1=-1.
所以或
所以x1+x2=3,所以k==,
所以=,===,即线段AB的中点坐标为.
6.(2021全国Ⅱ,12分)已知抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点为F,且F与圆M:x2+(y+4)2=1上点的距离的最小值为4.
(1)求p;
答案:p=2
解析:解:因为抛物线C的焦点为F,圆M的圆心为M(0,-4),半径为1,(2分)
所以|FM|=+4,所以F与圆M上点的距离的最小值为+4-1=4,解得p=2.(4分)
(2)若点P在M上,PA,PB是C的两条切线,A,B是切点,求△PAB面积的最大值.
答案:20
解析:解:由(1)知,抛物线C的方程为x2=4y,即y=,对该函数求导得y′=.
设点A(x1,y1),B(x2,y2),P(x0,y0),
则直线PA的方程为y-y1=(x-x1),
即x1x-2y1-2y=0,
同理可知,直线PB的方程为x2x-2y2-2y=0.
因为点P为这两条直线的公共点,
所以
所以点A,B的坐标满足方程x0x-2y-2y0=0,
即直线AB的方程为x0x-2y-2y0=0.(7分)
联立整理得x2-2x0x+4y0=0,
所以x1+x2=2x0,x1x2=4y0,
所以|AB|=·=
·=.
点P到直线AB的距离d=,
所以S△PAB=|AB|·d=·=(x-4y0).(10分)
因为P(x0,y0)在圆M上,
所以x+(y0+4)2=1,-5≤y0≤-3,
所以x-4y0=1-(y0+4)2-4y0=-y-12y0-15=-(y0+6)2+21,
所以当y0=-5时,△PAB的面积取最大值×20=20.(12分)
7.(经典题,15分)如图,直线l:x-ty+1=0和抛物线C:y2=4x相交于不同的两点A,B.
(1)求实数t的取值范围;
答案:(-∞,-1)∪(1,+∞)
解析:解:联立消去x,整理得y2-4ty+4=0.
因为直线l与抛物线C交于不同两点,
所以Δ=(-4t)2-16>0,解得t<-1或t>1,
故t的取值范围是(-∞,-1)∪(1,+∞).(4分)
(2)设线段AB的中点为M,抛物线C的焦点为F,以线段MF为直径的圆与直线l相交的另一点为N,且满足=,求直线l的方程.
答案:x±y+1=0
解析:解:连接NF.设A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),
由(1)知y1,y2是方程y2-4ty+4=0的两根,
所以y1+y2=4t,所以x1+x2=t(y1+y2)-2=4t2-2,
所以x0==2t2-1,y0==2t,即M(2t2-1,2t).(7分)
由题意知NF⊥MN,F(1,0),
则直线NF的方程为y=-t(x-1)=-tx+t.
联立解得N,(9分)
(法一)所以|MN|2=+=+==,
|NF|2=+==.(12分)
因为在Rt△MNF中,=,所以=2,
所以=8,解得t=±,满足题意,
所以直线l的方程为x±y+1=0.(15分)
(法二)所以|MF|2=(2t2-2)2+(2t)2=4t4-4t2+4,|NF|2=+=.(12分)
因为在Rt△MNF中,=,所以=3,
所以=9,即(1+t2)(t4-t2+1)=9,
化简得t6=8,所以t=±,满足题意,
所以直线l的方程为x±y+1=0.(15分)
课后提分练35 抛物线
A组(巩固提升)
1.(2019北京,5分)设抛物线y2=4x的焦点为F,准线为l,则以F为圆心,且与l相切的圆的方程为__(x-1)2+y2=4__.
解析:易知抛物线y2=4x的焦点坐标为F(1,0),准线方程为x=-1,所以焦点F到准线l的距离为2,所以圆F的半径为2,所以圆的方程为(x-1)2+y2=4.
2.(2021浙江宁波二模,4分)已知抛物线y2=2px(p>0)的准线经过点P(-1,-2),则该抛物线的焦点坐标为( A )
A.(1,0) B.(2,0)
C.(0,1) D.(0,2)
解析:∵抛物线y2=2px(p>0)的准线x=-经过点P(-1,-2),∴=1,∴该抛物线的焦点坐标为(1,0).故选A.
3.(2020北京,4分)设抛物线的顶点为O,焦点为F,准线为l.P是抛物线上异于O的一点,过P作PQ⊥l于Q,则线段FQ的垂直平分线( B )
A.经过点O B.经过点P
C.平行于直线OP D.垂直于直线OP
解析:根据抛物线的定义可得|PF|=|PQ|,所以点P在线段FQ的垂直平分线上.故选B.
4.(2021江苏扬州一模,5分)已知点F是抛物线x2=2py(p>0)的焦点,O为坐标原点,若以F为圆心,|FO|为半径的圆与直线x-y+3=0相切,则抛物线的准线方程为( A )
A.y=-1 B.y=-
C.y=-2 D.y=-
解析:由抛物线的方程可得焦点F,∴|FO|=.根据题意,点F到直线x-y+3=0的距离=,解得p=2,∴抛物线的准线方程为y=-1.故选A.
5.(2021福建宁德三模,5分)如图,抛物线型太阳灶是利用太阳能辐射,通过聚光获取热量烹饪食物的一种装置.由于太阳光基本上属于平行光线,所以当太阳灶(旋转抛物面)的主光轴指向太阳的时候,平行的太阳光线入射到旋转抛物面表面,经过反光材料的反射,这些反射光线都从它的焦点处通过,在这里形成太阳光线的高密集区,抛物面的焦点就在它的主光轴上.现有一抛物线型太阳灶,灶口直径AB为2m,灶深CD为0.5 m,则焦点到灶底(抛物线的顶点)的距离为( B )
A.3 m B.1.5 m
C.1 m D.0.75 m
解析:如图,以C为原点,CD所在直线为x轴建立平面直角坐标系,
则C(0,0),A(0.5,).
设抛物线的方程为y2=2px(p>0),
将A点坐标代入抛物线的方程,得3=2p×0.5,解得p=3,∴抛物线的方程为y2=6x,
∴焦点的坐标为(1.5,0),
∴焦点到灶底C的距离为1.5 m.故选B.
6.(2021安徽月考,5分)已知圆C与直线x=-1只有1个公共点,且与圆C′:x2+y2-6x+5=0外切,则点C的轨迹方程为( A )
A.y2=12x B.y2=6x
C.+=1 D.+y2=1
解析:设圆C的圆心为(m,n),半径为r,
将圆C′的方程进行整理,得(x-3)2+y2=4,
∴C′(3,0),半径R=2.
(法一)∵圆C与圆C′相外切,
∴=r+R=r+2.
又∵圆C与直线x=-1相切,
∴m>-1,|m-(-1)|=m-(-1)=r,
即r=m+1,
∴(m-3)2+n2=(m+3)2,即n2=12m,
∴点C的轨迹方程为y2=12x.故选A.
(法二)∵圆C与直线x=-1相切,与圆C′相外切,
∴m>-1,点C到直线x=-1的距离为r,到点C′的距离为r+2,
∴点C到直线x=-3的距离与到点C′的距离相等,
∴点C的轨迹为顶点在原点,焦点为(3,0)的抛物线,
∴点C的轨迹方程为y2=12x.故选A.
7.(2020海南,5分)斜率为的直线过抛物线C:y2=4x的焦点,且与C交于A,B两点,则|AB|=____.
解析:由题意可得抛物线的焦点为F(1,0),直线AB的方程为y=(x-1),
代入y2=4x并化简得3x2-10x+3=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=.
由抛物线的定义可得|AB|=x1+x2+p=+2=.
8.(2018全国Ⅰ,5分)设抛物线C:y2=4x的焦点为F,过点(-2,0)且斜率为的直线与C交于M,N两点,则·=( D )
A.5 B.6 C.7 D.8
解析:抛物线C:y2=4x的焦点为F(1,0),过点(-2,0)且斜率为的直线方程为3y=2x+4.
联立解得或
不妨令M(1,2),N(4,4),则=(0,2),=(3,4),
所以·=(0,2)·(3,4)=8.故选D.
9.(2023汇编,20分)设抛物线y2=4x的焦点为F.
①已知点M,N,P(1,c),Q(4,d)都在抛物线上,则M,N,P,Q四点中与焦点F距离最小的点是__M__.
②已知动点A在抛物线上,动点B在直线2x-y+4=0上,则|AB|的最小值是____.
③已知点C是抛物线上的动点,点C到y轴的距离为d,D(-3,3),则|CD|+d的最小值为__4__.
④已知点G在抛物线C上,抛物线的准线为直线l,GF的垂直平分线与l交于点H,点O为坐标原点,若点G到l的距离为6,则△OFH的面积为____.
解析:①易知抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),准线方程为x=-1.因为点M,N,P(1,c),Q(4,d)均在抛物线上,所以由抛物线的定义可知,|MF|=-(-1)=,|NF|=-(-1)=,|PF|=1-(-1)=2,|QF|=4-(-1)=5,所以点M与焦点F的距离最小.
②(法一)因为动点A在抛物线y2=4x上,所以可设A,则点A到直线2x-y+4=0的距离d===≥,当且仅当y0=1,即A为时,等号成立,
所以点A到直线2x-y+4=0的距离的最小值为.
因为动点B在直线2x-y+4=0上,所以当AB与直线垂直时,|AB|取得最小值.
(法二)将直线平移,使得直线与抛物线相切,设平移后的直线方程为2x-y+t=0.
由消去y并整理得4x2+(4t-4)x+t2=0,则Δ=16-32t=0,解得t=,所以平移后的直线与原直线间的距离d==,
即抛物线上的点A与直线上的点B的距离的最小值为.
③由抛物线的定义可知|CF|=d+1,
所以|CD|+d=|CF|+|CD|-1.
因为|CF|+|CD|≥|DF|,当且仅当点C在线段DF上时,等号成立,所以|CF|+|CD|的最小值为|DF|==5,
所以|CD|+d的最小值为5-1=4.
④由抛物线的方程知,准线l:x=-1.
设G(m,n),由点G到准线l的距离为6,得m+1=6,∴m=5.
将(5,n)代入抛物线的方程得n2=4×5=20,
∴n=±2.
由抛物线的对称性,不妨设G(5,2),则直线GF的斜率为kGF==.
又GF的中点坐标为(3,),
∴GF的垂直平分线的方程为y-=-(x-3).
令x=-1,得y=,∴H,
∴△OFH的面积为×1×=.
10.(2021北京东城区一模,4分)已知椭圆C1:+=1(a>b>0)的右焦点F与抛物线C2:y2=2px(p>0)的焦点重合,P为椭圆C1与抛物线C2的公共点,且PF⊥x轴,那么椭圆C1的离心率为( A )
A.-1 B. C. D.-1
解析:由题意知,F,a2-b2==①.
∵PF⊥x轴,∴点P的横坐标为.
将代入抛物线C2的方程,得yP=±p.
不妨设点P在第一象限,则P.
∵点P也在椭圆C1上,
∴+=1②.
由①②解得=或(舍),
∴离心率e===-1.
故选A.
11.(2020天津和平区二模,5分)抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F(1,0),准线为l,过焦点的直线交抛物线于A,B两点,过A,B作l的垂线,垂足分别为C,D,若|AF|=4|BF|,则p=__2__,S△CDF=__5__.
解析:因为抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F(1,0),所以=1,所以p=2.
如图所示,过点B作BM∥l,交直线AC于点M.
由抛物线的定义知|AF|=|AC|,|BF|=|BD|.
又|AF|=4|BF|,
所以|AM|=3|BF|,|AB|=5|BF|,
所以|BM|=4|BF|,
所以直线AB的斜率k=tan∠AFx=tan∠BAM=.
所以直线AB的方程为y=(x-1).
设A(x1,y1),B(x2,y2).
联立消去y并整理得4x2-17x+4=0,所以x1+x2=,
所以|AB|=x1+x2+p=,
所以|CD|=|AB|sin∠BAM=×=5.
设l与x轴交于点Q,则|QF|=p=2,
所以△CDF的面积为|CD|·|QF|=×5×2=5.
12.(2020山东滨州三模,5分)已知抛物线C:y2=4x与圆E:(x-1)2+y2=9交于A,B两点,点M为劣弧上不同于A,B的一个动点,平行于x轴的直线MN交抛物线于点N,则△MNE的周长的取值范围为( C )
A.(3,5) B.(5,7)
C.(6,8) D.(6,8]
解析:如图,易得圆心E(1,0)也是抛物线的焦点,延长MN交抛物线的准线于H,则NH垂直准线.
当M为(4,0)时,△MNE不存在,|MH|=5.
根据抛物线的定义,可得|EN|=|NH|,
所以△MNE的周长l=|NH|+|NM|+|ME|=|MH|+3.
联立
解得或
不妨令A(2,2),则点A到准线的距离为2+1=3,所以|MH|的取值范围为(3,5),所以△MNE的周长l=|MH|+3的取值范围为(6,8).故选C.
13.(2018全国Ⅲ,5分)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=__2__.
解析:由题意,抛物线C的焦点坐标为(1,0),所以直线AB的方程为y=k(x-1),k≠0.
联立消去y得k2x2-(2k2+4)x+k2=0.
设点A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=,x1x2=1,
所以y1+y2=k(x1-1)+k(x2-1)=k(x1+x2)-2k=k·-2k=,
y1y2=-=-4.
因为∠AMB=90°,所以AM⊥BM.
易知直线AM,BM的斜率均存在,且不为0,
所以kAM·kBM=-1,所以·=-1,
即===-1,化简得(k-2)2=0,解得k=2.
14.(经典题,5分)已知过抛物线C:y2=4x的焦点F的直线交抛物线C于P,Q两点,交圆x2+y2-2x=0于M,N两点,其中P,M位于第一象限,则+的值不可能为( A )
A.3 B.4 C.5 D.6
解析:将圆的方程x2+y2-2x=0化为标准形式得(x-1)2+y2=1,
∴圆心为(1,0),半径为1.
又抛物线C的焦点F(1,0),
∴焦点F(1,0)恰为圆的圆心,如图所示.
(法一)设|PF|=m,|QF|=n,
则|PM|=m-1,|QN|=n-1.
∵y2=4x,∴p=2,
根据抛物线的常用结论,有+==1,
∴=1,即m+n=mn,
∴+=+==4m+n-5.
又4m+n=(4m+n)=4+++1≥5+2=9,当且仅当2m=n,即m=,n=3时,等号成立,∴4m+n-5≥4,
故+的值不可能为3.故选A.
(法二)易知|PM|=|PF|-1=xP+1-1=xP,|QN|=|QF|-1=xQ+1-1=xQ.
根据抛物线常用结论,有xPxQ==1,
∴+=+=xQ+≥2=4,当且仅当xQ=2时,等号成立,故+的值不可能为3.故选A.
15.(多选)(2020山东模拟,5分)已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,过点F的直线l交抛物线于A,B两点,以线段AB为直径的圆交y轴于M,N两点.设线段AB的中点为P,则( ACD )
A.·=-p2
B.若|AF|·|BF|=4p2,则直线l的斜率为
C.若抛物线上存在一点E(2,t)到焦点F的距离等于3,则抛物线的方程为y2=4x
D.若点F到抛物线准线的距离为2,则sin∠PMN的最小值为
解析:由题意得F,故可设直线l的方程为x=my+.
联立消去x并整理得y2-2pmy-p2=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=2pm,y1y2=-p2.
因为·=x1x2+y1y2=·+y1y2=-p2=-p2,所以选项A正确.
因为|AF|·|BF|==(my1+p)·(my2+p)=m2y1y2+mp(y1+y2)+p2=m2·(-p2)+mp·2pm+p2=m2p2+p2=4p2,可得m=±,所以直线l的斜率为=±,所以选项B错误.
因为点E到点F的距离为3,所以2+=3,所以p=2,所以抛物线方程为y2=4x,选项C正确.
因为点F到准线的距离为2,所以p=2,所以抛物线方程为y2=4x.
根据抛物线焦点弦的性质,可知圆P与准线相切.
过点P作y轴的垂线,垂足为H,
则sin∠PMN===,
所以当|PH|最小时,sin∠PMN有最小值.
又当直线l与x轴垂直时,|PH|有最小值,所以sin∠PMN的最小值为,选项D正确.故选ACD.
16.(2021全国Ⅱ,12分)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F到准线的距离为2.
(1)求C的方程;
答案:y2=4x
解析:解:易知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点坐标F,准线方程为x=-.
由题意,该抛物线焦点到准线的距离为-=p=2,(2分)
所以抛物线C的方程为y2=4x.(4分)
(2)已知O为坐标原点,点P在C上,点Q满足=9,求直线OQ斜率的最大值.
答案:
解析:解:由(1)知,F(1,0),设Q(x0,y0),P(x1,y1).
由=9可得(x0-x1,y0-y1)=(9-9x0,-9y0),
所以P(10x0-9,10y0).
因为点P在C上,
所以(10y0)2=4(10x0-9),
即x0=,(6分)
所以直线OQ的斜率kOQ===.(8分)
当y0=0时,kOQ=0.
当y0>0时,kOQ=.
因为25y0+≥2=30,
当且仅当25y0=,即y0=时,等号成立,
所以0<kOQ≤.(10分)
当y0<0时,kOQ<0.
综上,直线OQ斜率的最大值为.(12分)
17.(2018全国Ⅱ,12分)设抛物线C:y2=4x的焦点为F,过F且斜率为k(k>0)的直线l与C交于A,B两点,|AB|=8.
(1)求l的方程;
答案:y=x-1
解析:解:(法一)抛物线C:y2=4x的焦点为F(1,0),
直线l的方程为y=k(x-1),设A(x1,y1),B(x2,y2).
联立
消去y并整理得k2x2-2(k2+2)x+k2=0,所以x1+x2=,x1x2=1.(3分)
|AB|=x1+x2+p=+2=8,化简整理得k2=1,解得k=1或k=-1(舍),
所以直线l的方程为y=x-1.(6分)
(法二)抛物线C:y2=4x的焦点为F(1,0).
设直线l的倾斜角为θ,0<θ<,则由抛物线的焦点弦弦长公式可得|AB|===8,(3分)
化简整理得sin2θ=,所以θ=,
所以直线l的斜率k=1,
所以直线l的方程为y=x-1.(6分)
(2)求过点A,B且与C的准线相切的圆的方程.
答案:(x-3)2+(y-2)2=16或(x-11)2+(y+6)2=144
解析:解:由(1)可得x1+x2=6,所以=3,=2,所以AB的中点为D(3,2),则线段AB的垂直平分线方程为y-2=-(x-3),即y=-x+5.(8分)
设所求圆的圆心坐标为(x0,y0),
则
解得或(10分)
分别对应所求圆半径为x0+1=4,x0+1=12,
所以所求圆的方程为(x-3)2+(y-2)2=16或(x-11)2+(y+6)2=144.(12分)
18.(2021湖南株洲模拟,12分)已知点A(x1,y1),D(x2,y2)(其中x1<x2)是曲线y2=8x(y≥0)上的两点,点A,D在x轴上的射影分别为点B,C,且|BC|=a.
(1)当点B的坐标为(2,0),且a=6时,求直线AD的方程;
答案:2x-3y+8=0
解析:解:∵a=6,B(2,0),∴C(8,0),
∴A(2,y1),D(8,y2).
将A,D两点坐标代入y2=8x,
得y1==4,y2==8,
∴A(2,4),D(8,8),
∴直线AD的方程为y-4=(x-2),即2x-3y+8=0.(4分)
(2)记△OAD的面积为S1,梯形ABCD的面积为S2,求证:<.
答案:见证明过程
解析:证明:显然直线AD的斜率存在,故设直线AD:y=kx+m.由点A,D在曲线y2=8x(y≥0)上,且x1<x2,
∴k>0.
联立整理得k2x2+(2km-8)x+m2=0,
则Δ=(2km-8)2-4k2m2>0,∴km<2,
∴0<k|m|<2.
根据根与系数的关系可得x1+x2=,x1x2=.(6分)
∵|AD|=|x1-x2|=|BC|=a,
原点O到直线AD的距离d=,
∴S1=|AD|·d=|m|,S2=|BC|(y1+y2)=(x1+x2)+am,(9分)
∴===∈,即<.(12分)
19.(2019全国Ⅲ,12分)已知曲线C:y=,D为直线y=-上的动点,过D作C的两条切线,切点分别为A,B.
(1)证明:直线AB过定点;
答案:见证明过程
解析:证明:设D,A(x1,y1)(x1≠t),
则x=2y1.
由y=,可得y′=x,所以切线DA的斜率为x1,故=x1,整理得x-tx1-y1-=0,即y1-tx1-=0.(3分)
设B(x2,y2)(x2≠t),同理可得y2-tx2-=0,故直线AB的方程为-tx+y-=0,所以直线AB过定点.(5分)
(2)若以E为圆心的圆与直线AB相切,且切点为线段AB的中点,求四边形ADBE的面积.
答案:3或4
解析:解:由(1)得直线AB的方程为y=tx+.
联立消去y,整理得x2-2tx-1=0.
易得Δ>0恒成立,所以x1+x2=2t,x1x2=-1,则y1+y2=t(x1+x2)+1=2t2+1,所以|AB|=|x1-x2|=·=
·=2(t2+1).(7分)
设d1,d2分别为点D,E到直线AB的距离,则
d1==,d2==,
所以四边形ADBE的面积S=|AB|(d1+d2)=×2(t2+1)·=(t2+3).(9分)
设M为线段AB的中点,则M.
因为圆E与直线AB相切于点M,所以⊥.
又=(t,t2-2),与向量(1,t)平行,
所以t+(t2-2)t=0,解得t=0或t=±1.
当t=0时,S=3;当t=±1时,S=4,所以四边形ADBE的面积为3或4.(12分)
B组(冲刺满分)
20.(多选)(2021河北唐山三模,5分)抛物线有如下光学性质:由其焦点射出的光线经抛物线反射后,沿平行于抛物线对称轴的方向射出;反之,平行于抛物线对称轴的入射光线经抛物线反射后必过抛物线的焦点.已知抛物线Γ:y2=x,O为坐标原点,一束平行于x轴的光线l1从点P射入,经过Γ上的点A(x1,y1)反射后,再经Γ上另一点B(x2,y2)反射后,沿直线l2射出,经过点Q,则( BCD )
A.y1y2=-1
B.|AB|=
C.PB平分∠ABQ
D.延长AO交直线x=-于点C,则C,B,Q三点共线
解析:画出图形,如图所示:
∵l1∥x轴,且l1过点P,∴y1=1.
把(x1,1)代入y2=x,得x1=1,∴A(1,1).
由题知,直线AB经过焦点,
∴直线AB的方程为y-1=(x-1),
即4x-3y-1=0.
联立得4y2-3y-1=0,
∴y1+y2=,y1y2=-.
对于A,y1y2=-1,与y1y2=-矛盾,故A错误.
对于B,|AB|=·|y1-y2|
=·
=×=,故B正确.
对于C,连接BP.
∵|AP|=-1==|AB|,
∴∠APB=∠ABP.
又由光学性质可知AP∥x轴∥BQ,
∴∠PBQ=∠APB=∠ABP,
∴PB平分∠ABQ,故C正确.
对于D,∵y1=1,y1+y2=,∴y2=-.
直线AO的方程为y=x,代入x=-,
得y=-,
∴C,∴C,B,Q三点纵坐标都相同,
∴C,B,Q三点共线,故D正确.
故选BCD.
21.(2020辽宁大连模拟,5分)在平面直角坐标系xOy中,点A(1,0),动点M满足以MA为直径的圆与y轴相切.过A作直线x+(m-1)y+2m-5=0的垂线,垂足为B,则|MA|+|MB|的最小值为( D )
A.2- B.2+
C.-+1 D.3-
解析:如图,设AM的中点为E,过点E作EF⊥y轴于F,则F为切点,所以|EF|=|MA|.连接AF并延长至D,使|AF|=|FD|,易知点D在直线x=-1上.
当点M不与原点重合时,连接MD,则EF为△AMD的中位线,所以EF∥MD,|EF|=|MD|,所以|MD|=|MA|,又因为EF⊥y轴,所以MD⊥y轴,所以MD与直线x=-1垂直;当点M与原点重合时,点D在x轴上,显然|MD|=|MA|,所以点M到点A(1,0)的距离等于到直线x=-1的距离,所以点M在焦点为A,准线为直线x=-1的抛物线上,即点M在抛物线y2=4x上.
设直线l:x+(m-1)y+2m-5=0,变形可得m(y+2)=y-x+5,易得直线l经过定点(3,-2).
设P(3,-2), 线段AP的中点为C,则C的坐标为(2,-1),|CP|=.
因为AB⊥l,所以B在以AP为直径的圆上.因为直线l斜率一定不为0,所以点B的轨迹不包括点(1,-2),该圆的方程为(x-2)2+(y+1)2=2,半径r=.
因为|MA|=|MD|,所以|MA|+|MB|=|MD|+|MB|.
过C作x=-1的垂线CD′,垂足为D′,则当B,M在线段CD上时,|MD|+|MB|取得最小值,最小值为|CD′|-r=3-.所以(|MA|+|MB|)min=3-.故选D.
22.(2021江苏苏州模拟,12分)如图,在平面直角坐标系xOy中,过原点的直线l:y=k1x(k1>0)交抛物线C:y2=2x于点P(异于原点O),抛物线C上点P处的切线交y轴于点M,设线段OP的中点为N,连接线段MN交C于点T.
(1)求的值;
答案:
解析:解:设P(a>0),则C在点P处的切线方程为y=k+a,k≠0.
y2=2x(y>0)等价于y=(x>0),
而y′=,∴.
∴切线方程为y=x+,
∴M.(2分)
由P可得N .
在y2=2x中,令y=,得x=,
∴T为MN的中点,
∴=.(5分)
(2)过点P作圆O′:(x-1)2+y2=1的切线交C于另一点Q,设直线OQ的斜率为k2,证明:|k1-k2|为定值.
答案:见证明过程
解析:证明:当直线PQ的斜率不存在时,直线PQ的方程为x=2,
此时易得P(2,2),Q(2,-2),k1=1,k2=-1,
∴|k1-k2|=2.(6分)
当直线PQ的斜率存在时,设方程为y=mx+b,由题意知m≠0,b≠0.
∵直线PQ与圆O′相切,
∴=1,即b2+2mb=1.
联立
整理得m2x2+2(mb-1)x+b2=0.
设P(x1,y1),Q(x2,y2),x1x2≠0,
则x1+x2=,x1x2=.(8分)
又k1=,k2=,
∴|k1-k2|==
=
==
=
=
=
===2.(11分)
综上,|k1-k2|为定值2.(12分)
23.(2020山东日照模拟,12分)在平面直角坐标系xOy中,抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点为F(0,1).
(1)动直线l过点F且与抛物线C交于M,N两点,点M在y轴的左侧,过点M作抛物线C准线的垂线,垂足为M1,点E在MF上,且满足=,连接M1E并延长交y轴于点D,△MED的面积为,求抛物线C的方程及D点的纵坐标;
答案:x2=4y,4
解析:解:因为F(0,1),所以抛物线的方程为x2=4y.(1分)
设D(0,m).因为=,S△MED=,所以S△MFD=,所以-xM(m-1)=,解得xM=.
易知△MM1E∽△FDE,所以|MM1|=|DF|=(m-1),所以yM=(m-3).
又因为M在抛物线上,所以2=4×,整理得m3-5m2+7m-12=(m-4)(m2-m+3)=0,解得m=4.
故D点的纵坐标为4.(4分)
(2)点H为抛物线C准线上任意一点,过H作抛物线C的两条切线HA,HB,切点分别为A,B,证明:直线AB过定点,并求△HAB面积的最小值.
答案:见证明过程,4
解析:证明:设A(x1,y1),B(x2,y2),H(t,-1).
由x2=4y,即y=x2,可得y′=x,
所以抛物线x2=4y在A处的切线HA的方程为y-y1=(x-x1),即y=x-x+y1.
又因为y1=,所以lHA:y=x-y1.
因为H在切线AH上,所以-1=t-y1①.
同理可得-1=t-y2②.(8分)
综合①②可得A,B的坐标满足-1=t-y,即A,B都在直线y=x+1上,所以直线AB恒过抛物线的焦点F(0,1).(9分)
当t=0时, H(0,-1),可得HF⊥AB;
当t≠0时,直线HF的斜率为=-,
则HF⊥AB,所以S△AHB=|HF|·|AB|.(10分)
将y=x+1代入x2=4y,
消去x,可得y2-(2+t2)y+1=0,
所以y1+y2=2+t2.
所以|AB|=y1+y2+2=t2+4.
又|HF|==,
所以S△AHB=(t2+4)=(t2+4),
所以t=0时,S△AHB取得最小值4.(12分)
24.(2021浙江宁波模拟,15分)已知点P在抛物线C:y2=4x上,过点P作圆M:(x-3)2+y2=r2(0<r≤)的两条切线,与抛物线C分别交于A,B两点,切线PA,PB与圆M分别相切于点E,F.
(1)若点P到圆心M的距离与它到抛物线C的准线的距离相等,求点P的坐标;
答案:(2,2)或(2,-2)
解析:解:设P(x0,y0).
设抛物线C的焦点为Q,则Q(1,0).
由题意知点P到抛物线C的准线的距离d=|PQ|=|PM|,∴P在QM的垂直平分线上,
∴x0=2,y0=±=±2,
∴点P的坐标为(2,2)或(2,-2).(3分)
(2)若点P的坐标为(1,2),
①r=,求·的值;
答案:3
解析:解:设E(x1,y1),F(x2,y2),则=(x1-1,y1-2),=(x2-1,y2-2),=(x1-3,y1).
∵⊥,∴·=(x1-1)(x1-3)+(y1-2)y1=0,即x-4x1+3+y-2y1=0.
同理可得x-4x2+3+y-2y2=0,
∴点E,F在圆x2-4x+3+y2-2y=0上.(5分)
联立两式相减得y=x-2,
∴点E,F在直线y=x-2上.
联立整理得2x2-10x+11=0,
∴x1+x2=5,x1x2=,
∴y1+y2=x1+x2-4=1,
y1y2=(x1-2)(x2-2)=x1x2-2(x1+x2)+4=-,(8分)
∴·=(x1-1)(x2-1)+(y1-2)(y2-2)
=x1x2-(x1+x2)+1+y1y2-2(y1+y2)+4
=-5+1--2+4=3.(9分)
②设线段AB中点的纵坐标为t,求t的取值范围.
答案:[-10,-6)
解析:解:根据题意可知PA,PB的斜率存在.
设切线PA的方程为y=k1(x-1)+2,
即k1x-y+2-k1=0,
则圆心M到切线PA的距离d==r,
整理得(r2-4)k-8k1+r2-4=0;
设切线PB的方程为y=k2(x-1)+2,
同理可得(r2-4)k-8k2+r2-4=0,
∴k1,k2是方程(r2-4)k2-8k+r2-4=0的两个根,
∴k1+k2=,k1k2=1.(12分)
设A(x3,y3),B(x4,y4),AB中点为D,
联立整理得k1y2-4y-4k1+8=0,
∴2y3=,即y3==-2=4k2-2,
同理可得y4=4k1-2,
∴D点的纵坐标t===2(k1+k2)-2=-2.(14分)
∵0<r2≤2,∴-4<r2-4≤-2,
∴-8≤<-4,
∴-10≤-2<-6,
∴t的取值范围为[-10,-6).(15分)
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