内容正文:
第八章
解析几何
第8课时 抛物线
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第8课时 抛物线
1.抛物线的概念
把平面内与一个定点F和一条定直线l(l不经过点F)的距离____的点的轨迹叫做抛物线,点F叫做抛物线的____,直线l叫做抛物线的____.
相等
焦点
准线
2.抛物线的标准方程与几何性质
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 _________
对称轴 y=0 x=0
焦点 F ___________ __________ F
离心率 e=1
准线方程 _________ x= y=- ______
范围 x≥0,y∈R x≤0,y∈R y≥0,x∈R y≤0,x∈R
O(0,0)
F
F
x=-
y=
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第8课时 抛物线
[常用结论]
1.与焦点弦有关的常用结论
如图,倾斜角为α的直线AB与抛物线y2=2px(p>0)交于A,B两点,F为抛物线的焦点,设A(x1,y1),B(x2,y2).则有
(1)x1x2=,y1y2=-p2;
(2)焦点弦长:|AB|=x1+x2+p=(α为弦AB的倾斜角);
(3)通径:过焦点与对称轴垂直的弦长等于2p;
(4)焦半径:|AF|=,|BF|=,
特别地=;
(5)以弦AB为直径的圆与准线相切;
(6)以AF或BF为直径的圆与y轴相切;
(7)过焦点弦的端点的切线互相垂直且交点在准线上;
(8)焦点弦端点与顶点构成的三角形面积:S△AOB==|OF|·|y1-y2|.
2.若A,B为抛物线y2=2px(p>0)上异于原点O的两点,则OA⊥OB是直线AB过定点(2p,0)的充要条件.
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第8课时 抛物线
一、易错易混辨析(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)方程y=ax2(a≠0)表示的曲线是焦点在x轴上的抛物线,且其焦点坐标是,准线方程是x=-. ( )
(4)抛物线既是中心对称图形,又是轴对称图形. ( )
×
×
×
×
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第8课时 抛物线
二、教材经典衍生
1.(人教A版选择性必修第一册P133练习T2改编)抛物线y=x2的准线方程是( )
A.y=-1 B.y=-2 C.x=-1 D.x=-2
A [∵y=x2,∴x2=4y,∴准线方程为y=-1.]
2.(人教A版选择性必修第一册P133练习T3改编)若抛物线y=4x2上的一点M到焦点的距离为1,则点M的纵坐标是( )
A. B. C. D.0
B [M到准线的距离等于M到焦点的距离,又准线方程为y=-,设M(x,y),则y+=1,∴y=.]
√
√
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第8课时 抛物线
√
3.(人教A版选择性必修第一册P135例4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|等于( )
A.9 B.8 C.7 D.6
B [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.]
4.(人教A版选择性必修第一册P134例3改编)已知抛物线的顶点是原点,对称轴为坐标轴,并且经过点P(-2,-4),则该抛物线的标准方程为__________________.
y2=-8x或x2=-y [设抛物线方程为y2=2px(p≠0)或x2=2py(p≠0).将P(-2,-4)代入,分别得方程为y2=-8x或x2=-y.]
y2=-8x或x2=-y
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第8课时 抛物线
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第8课时 抛物线
考点一 抛物线的定义及应用
考向1 动点轨迹的判定
[典例1] (1)在平面直角坐标系Oxy中,动点P(x,y)到直线x=1的距离比它到定点(-2,0)的距离小1,则P的轨迹方程为( )
A.y2=2x B.y2=4x
C.y2=-4x D.y2=-8x
(2)动圆与定圆A:(x+2)2+y2=1外切,且和直线x=1相切,则动圆圆心的轨迹是( )
A.直线 B.椭圆
C.双曲线 D.抛物线
√
√
(1)D (2)D [(1)由题意知动点P(x,y)到直线x=2的距离与定点(-2,0)的距离相等,由抛物线的定义知,P的轨迹是以(-2,0)为焦点,x=2为准线的抛物线,所以p=4,轨迹方程为y2=-8x.故选D.
(2)设动圆的圆心为点C,半径为r,则点C到定圆A:(x+2)2+y2=1的圆心的距离等于r+1.又动圆的圆心到直线x=1的距离等于r,所以动圆的圆心到直线x=2的距离为r+1.根据抛物线的定义知,动圆圆心的轨迹为抛物线.故选D.]
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第8课时 抛物线
考向2 抛物线上的点到定点的距离及最值
[典例2] (1)(2023·北京高考)已知抛物线C:y2=8x的焦点为F,点M在C上,若M到直线x=-3的距离为5,则|MF|=( )
A.7 B.6 C.5 D.4
(2)已知点M(20,40)不在抛物线C:y2=2px(p>0)上,抛物线C的焦点为F.若对于抛物线上的一点P,|PM|+|PF|的最小值为41,则p的值等于________.
(1)D (2)42或22 [(1)如图所示,因为点M到直线x=-3的距
离|MR|=5,所以点M到直线x=-2的距离|MN|=4.
又抛物线上点M到准线x=-2的距离和到焦点F的距离相等,
故|MF|=|MN|=4.故选D.
√
42或22
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第8课时 抛物线
(2)当点M(20,40)位于抛物线内时,如图1,过点P作抛物线准线的垂线,垂足为D,则|PF|=|PD|,|PM|+|PF|=|PM|+|PD|.
当点M,P,D三点共线时,|PM|+|PF|的值最小.
由最小值为41,得20+=41,解得p=42.
当点M(20,40)位于抛物线外时,如图2,当点
P,M,F三点共线时,|PM|+|PF|的值最小.
由最小值为41,得=41,
解得p=22或p=58.
当p=58时,y2=116x,点M(20,40)在抛物线内,故舍去.
综上,p=42或p=22.]
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第8课时 抛物线
名师点评 抛物线定义的应用规律
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第8课时 抛物线
[跟进训练]
1.(1)(2024·广东珠海模拟)已知抛物线x2=4y的焦点为F,准线l与坐标轴交于点N,M是抛物线上一点,若|FN|=|FM|,则△FMN的面积为( )
A.4 B.2
C.2 D.2
(2) 已知P为抛物线y2=4x上的一个动点,Q为圆x2+(y-4)2=1上的一个动点,那么点P到点Q的距离与点P到抛物线准线的距离之和的最小值是________.
√
-1
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第8课时 抛物线
(1)D (2)-1 [(1)由x2=4y,得p=2,则|FN|=|FM|=2,
根据抛物线的定义知|MF|=yM+=yM+1=2,
解得yM=1,代入x2=4y,得xM=±2,
所以△FMN的面积为×2×2=2.故选D.
(2)由题可知,抛物线y2=4x的准线方程为x=-1,焦点坐标为F(1,0),圆x2+(y-4)2=1的圆心坐标为E(0,4),半径为R=1,设点P到抛物线准线的距离为|PP′|,则|PP′|=|PF|,故|PP′|+|PQ|=|PF|+|PQ|,所以当动点Q,P位于线段EF上时,点P到点Q的距离与点P到抛物线准线的距离之和最小,此时|PP′|+|PQ|=|EF|-R=-1.]
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第8课时 抛物线
【教师备选资源】
(2024·浙江金丽衢十二校模拟)已知直线l1:3x-4y-6=0和直线l2:y=-2,则拋物线x2=4y上一动点P到直线l1、直线l2的距离之和的最小值是( )
A.2 B.3 C. D.
√
B [拋物线x2=4y的焦点F(0,1),准线l:y=-1,
设动点P到直线l,l1,l2的距离分别为d,d1,d2,
点F到直线l1的距离为d3==2,
则d2=d+1=|PF|+1,可得d1+d2=d1+|PF|+1≥d3+1=3,
当且仅当点P在点F到直线l1的垂线上且P在F与l1之间时,等号成立,动点P到直线l1、直线l2的距离之和的最小值是3.故选B.]
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第8课时 抛物线
考点二 抛物线的标准方程与几何性质
[典例3] (1)(多选)过点(1,-2)的抛物线的标准方程可能是( )
A.y2=4x B.y2=-4x
C.x2=-y D.x2=y
(2)(2021·新高考Ⅰ卷)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=-
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第8课时 抛物线
(1)AC (2)x=- [(1)点(1,-2)满足y2=4x,x2=-y,所以过点(1,-2)的抛物线的标准方程可能是y2=4x,x2=-y.故选AC.
(2)法一(解直角三角形法):由题易得|OF|=,|PF|=p,∠OPF=∠PQF,所以tan ∠OPF=tan ∠PQF,所以=,即=,解得p=3,所以C的准线方程为x=-.
法二(应用射影定理法):由题易得|OF|=,|PF|==|OF|·|FQ|,即p2=×6,解得p=3或p=0(舍去),所以C的准线方程为x=-.]
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第8课时 抛物线
名师点评 1.求抛物线的标准方程的方法
(1)定义法.
(2)待定系数法:当焦点位置不确定时,为避免过多的讨论,通常依据焦点所在的位置,将抛物线的标准方程设为y2=ax(a≠0)或x2=ay(a≠0).
2.抛物线性质的应用要树立两个意识
(1)转化意识:“见准线想焦点,见焦点想准线”.
(2)图形意识:借助平面图形的性质简化运算.
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第8课时 抛物线
[跟进训练]
2.(1)(2023·湖北武汉二模)设抛物线y2=6x的焦点为F,准线为l,P是抛物线上位于第一象限内的一点,过P作l的垂线,垂足为Q,若直线QF的倾斜角为120°,则|PF|=( )
A.3 B.6 C.9 D.12
(2)如图所示,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线依次交抛
物线及准线于点A,B,C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=4,则抛物
线的方程为( )
A.y2=8x B.y2=4x C.y2=2x D.y2=x
(3)O为坐标原点,F为抛物线C:y2=4x的焦点,P为C上一点,若|PF|=4,则△POF的面积为________.
√
√
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第8课时 抛物线
(1)B (2)B (3) [(1)设准线l与x轴交于点H(图略),依题意∠QFH=60°,|HF|=3,|QH|=3,|QF|=6,又|PF|=|QP|,∠PQF=60°,
则△PQF为等边三角形,|PF|=6.故选B.
(2)如图,分别过点A,B作准线的垂线,交准线于点E,D,
设准线与x轴交于点G,设|BF|=a,则由已知得|BC|=2a,
由定义得|BD|=a,故∠BCD=30°,
则在Rt△ACE中,2|AE|=|AC|,又|AF|=4,
∴|AC|=4+3a,|AE|=4,∴4+3a=8,从而得a=.∵AE∥FG,
∴=,即=,p=2,∴抛物线的方程为y2=4x.故选B.
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第8课时 抛物线
(3)法一(通性通法):由y2=4x可得抛物线的焦点F(1,0),准线方程为x=-1,如图,过点P作准线x=-1的垂线,垂足为点M,根据抛物线的定义可知|PM|=|PF|=4, 设P(x,y),则x-(-1)=4,解得x=3,将x=3代入y2=4x,可得y=±2,所以△POF的面积为|y|·|OF|=×2×1=.
法二(巧用结论):设∠PFx=θ,则|PF|==
=4,∴cos θ=,即θ=60°.
设P(x,y),则|y|=|PF|sin θ=4×=2.
∴S△POF=×|OF|×|y|=×1×2=.]
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(2023·广东佛山二模)已知方程Ax2+By2+Cxy+Dx+Ey+F=0,其中A≥B≥C≥D≥E≥F.现有四位同学对该方程进行判断,提出了四个命题:
甲:可以是圆的方程;
乙:可以是抛物线的方程;
丙:可以是椭圆的标准方程;
丁:可以是双曲线的标准方程.
其中真命题有( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
√
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第8课时 抛物线
C [因为方程Ax2+By2+Cxy+Dx+Ey+F=0,其中A≥B≥C≥D≥E≥F,
所以当A=B=1≥C=D=E=0≥F=-1时,方程为x2+y2-1=0,即x2+y2=1是圆的方程,故方程可以是圆的方程;
当A=1≥B=C=D=0≥E=-1≥F=-2时,方程为x2-y-2=0,即y=x2-2是抛物线的方程,故方程可以是抛物线的方程;
当A=2≥B=1≥C=D=E=0≥F=-1时,方程为2x2+y2-1=0,即y2+=1是椭圆的标准方程,故方程可以是椭圆的标准方程;
若方程为双曲线的标准方程,则有AB<0,C=D=E=0,F<0,这与A≥B≥C≥D≥E≥F矛盾,故方程不可以是双曲线的标准方程.
所以真命题有3个.故选C.]
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第8课时 抛物线
考点三 直线与抛物线的位置关系
[典例4] (1)(多选)(2023·新高考Ⅱ卷)设O为坐标原点,直线y=-(x-1)过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,且与C交于M,N两点,l为C的准线,则( )
A.p=2
B.|MN|=
C.以MN为直径的圆与l相切
D.△OMN为等腰三角形
(2)抛物线E:y2=2x上存在两点关于直线y=k(x-2)对称,则k的取值范围是_____________.
√
(-)
√
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第8课时 抛物线
(1)AC (2)(-) [(1)由题意,易知直线y=-(x-1)过点(1,0).
因为直线经过抛物线C的焦点,所以易知焦点坐标为(1,0),所以=1,即p=2,A正确.
不妨设M(x1,y1),N(x2,y2),x1<x2,联立方程消去y并整理得3x2-10x+3=0,解得x1=,x2=3.由抛物线的定义得,|MN|=x1+x2+p=+2=,B错误.
l的方程为x=-1,以MN为直径的圆的圆心坐标为,半径r=|MN|==+1,所以以MN为直径的圆与l相切,C正确.
由两点间距离公式可得|OM|=,|ON|=,又|MN|=,D错误.故选AC.
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第8课时 抛物线
(2)当k=0时,显然成立.
当k≠0时,设两对称点为B(x1,y1),C(x2,y2),BC的中点为M(x0,y0),由==2x2,两式相减得(y1+y2)·(y1-y2)=2(x1-x2),则直线BC的斜率kBC====,由对称性知kBC=-,点M在直线y=k(x-2)上,所以y0=-k,y0=k(x0-2),所以x0=1.由点M在抛物线内,得<2x0,即(-k)2<2,所以-<k<,且k≠0.
综上,k的取值范围为(-).]
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第8课时 抛物线
名师点评 解决直线与抛物线位置关系问题的方法
(1)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.
(2)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.
(3)重视在选择、填空题中有关结论的灵活应用.
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[跟进训练]
3.(1)(2024·广东深圳模拟)已知F为抛物线C:y2=4x的焦点,直线l:y=k(x+1)与C交于A,B两点(A在B的左边),则4|AF|+|BF|的最小值是( )
A.10 B.9
C.8 D.5
(2)(多选)(2022·新高考Ⅰ卷)已知O为坐标原点,点A(1,1)在抛物线C:x2=2py(p>0)上,过点B(0,-1)的直线交C于P,Q两点,则( )
A.C的准线为y=-1
B.直线AB与C相切
C.|OP|·|OQ|>|OA|2
D.|BP|·|BQ|>|BA|2
√
√
√
√
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(1)B (2)BCD [(1)由题知C的焦点F(1,0),准线为x=-1,如图,作AM⊥准线,BN⊥准线,l:y=k(x+1)过定点(-1,0),设A(x1,y1),B(x2,y2),联立得k2(x2+2x+1)-4x=0,即k2x2+(2k2-4)x+k2=0,∴x1x2==1.又∵|AF|=|AM|=x1+1,|BF|=|BN|=x2+1,
∴4|AF|+|BF|=4x1+4+x2+1=4x1+x2+5≥2+5
=2×2+5=9,
当且仅当4x1=x2时取等号.故选B.
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第8课时 抛物线
(2)将点A的坐标代入抛物线方程得1=2p,所以抛物线方程为x2=y,故准线方程为y=-,A错误;
kAB==2,所以直线AB的方程为y=2x-1,
联立可得x2-2x+1=0,解得x=1,即直线AB与C相切于点A,故B正确;
设过B的直线为l,若直线l与y轴重合,则直线l与抛物线C只有一个交点,
所以直线l的斜率存在,设其方程为y=kx-1,P(x1,y1),Q(x2,y2),
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联立得x2-kx+1=0,所以
所以k>2或k<-2,y1y2=(x1x2)2=1,又|OP|==,|OQ|==,所以|OP|·|OQ|===|k|>2=|OA|2,故C正确;
因为|BP|=|x1|,|BQ|=|x2|,
所以|BP|·|BQ|=(1+k2)|x1x2|=1+k2>5,而|BA|2=5,故D正确.故选BCD.]
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拓展视野4 抛物线中的阿基米德三角形
如图,假设抛物线方程为x2=2py(p>0), 过抛物线准线y=-上一点P(x0,y0)向抛物线引两条切线,切点分别记为A,B,其坐标为(x1,y1),(x2,y2),则以点P和两切点A,B围成的△PAB中,有如下的常见结论:
(1)抛物线在A处的切线方程:x1x=p(y+y1),抛物线在B处的切线
方程:x2x=p(y+y2),直线AB的方程:x0x=2p=p(y0+y);
(2)直线AB过抛物线的焦点;
(3)过F的直线与抛物线交于A,B两点,以A,B分别为切点作两条
切线,则这两条切线的交点P(x0,y0)的轨迹即为抛物线的准线;
(4)PF⊥AB;
(5)AP⊥PB;
(6)直线AB的中点为M,则PM平行于抛物线的对称轴.
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[典例1] (多选)阿基米德是古希腊伟大的物理学家、数学家、天文学家,享有“数学之神”的称号.若抛物线上任意两点A,B处的切线交于点P,则称△PAB为“阿基米德三角形”.已知抛物线x2=8y的焦点为F,过抛物线上两点A,B的直线的方程为x-y+2=0,弦AB的中点为C,则关于“阿基米德三角形”PAB,下列结论正确的是( )
A.点P(,-2) B.PC⊥x轴
C.PA⊥PB D.PF⊥AB
√
√
√
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第8课时 抛物线
BCD [由 消去y可得x2-8x-16=0.
令A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=8,x1x2=-16,∵y=,∴y′=,kPA=,∴PA:y==,PB:y=,
联立 解得即P(4,-2),A错误;
xC==4,∴PC⊥x轴,B正确;kPF==-1,kAB=1,kPF·kAB=-1,∴PF⊥AB,D正确; kPA·kPB==-1,∴PA⊥PB,C正确.故选BCD.]
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第8课时 抛物线
[典例2] (2021·全国乙卷)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的值;
(2)若点P在圆M上,PA,PB是抛物线C的两条切线,A,B是切点,求△PAB面积的最大值.
[解] (1)由题意知M(0,-4),F,圆M的半径r=1,所以|MF|-r=4,即+4-1=4,解得p=2.
(2)由(1)知,抛物线方程为x2=4y,由题意可知直线AB的斜率存在,设A,B,直线AB的方程为y=kx+b,联立消去y得x2-4kx-4b=0,
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第8课时 抛物线
则Δ=16k2+16b>0,(※)
x1+x2=4k,x1x2=-4b,所以|AB|=|x1-x2|==4.
因为x2=4y,即y=,所以y′=,则抛物线在点A处的切线斜率为,在点A处的切线方程为=(x-x1),即y=,
同理得抛物线在点B处的切线方程为y=,
联立则
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课时分层作业
第8课时 抛物线
即P(2k,-b).因为点P在圆M上,所以4k2+(4-b)2=1,①
且-1≤2k≤1,-5≤-b≤-3,即-≤k≤,3≤b≤5,满足(※).
设点P到直线AB的距离为d,则d=,
所以S△PAB=|AB|·d=4.
由①得,k2==,
令t=k2+b,则t=,且3≤b≤5.
因为t=在[3,5]上单调递增,所以当b=5时,t取得最大值,tmax=5,此时k=0,所以△PAB面积的最大值为20 .
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