内容正文:
第10章 直线与圆、圆锥曲线
第61讲 抛物线
1
【课标要求】
1.掌握抛物线的定义、几何图形、标准方程及简单几何性质.
2.了解抛物线的实际背景及抛物线的简单应用.
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2
【知识要点】
1.抛物线的定义
平面内与一定点F和一条定直线l(定点F不在定直线l上)的距离 的点的轨迹叫做抛物线,定点F叫做抛物线的焦点,直线l叫做抛物线的准线.
相等
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3
2.抛物线的标准方程、图形及几何性质
标准方程
的几何意义:焦点到准线 的距离
图形 ______________________________________
______________________________________
________________________________________
______________________________________
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4
标准方程
的几何意义:焦点到准线 的距离
范围 , , , ,
焦点 _ _______ _________ _______ _________
准线方程 ________ ______ ________ ______
开口方向 向右 向左 向上 向下
对称轴 轴 轴
顶点
离心率
续表
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5
【常用结论】
直线过抛物线的焦点,交抛物线于 ,
两点,如图,设 为 的倾斜角.
(1), .
(2),,
即当 时,弦长最短为: (通径).
(3),,为定值 .
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6
(4)弦长, .
(5)以为直径的圆与准线相切,以或为直径的圆与 轴相切.
(6)焦点对,在准线上射影的张角为 .
(7),,及,, 三点共线.
(8)过焦点弦的端点的切线互相垂直且交点在准线上.
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7
【基础检测】
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(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)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=-.( )
(3)抛物线既是中心对称图形,又是轴对称图形.( )
(4)若直线与抛物线只有一个交点,则直线与抛物线一定相切.( )
(5)已知抛物线x2=2py(p>0),若抛物线上纵坐标为2的点到焦点的距离为3,则p=2.( )
×
×
×
×
√
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2.设抛物线的顶点在坐标原点,焦点到准线的距离为4,则抛物线的方程是 .
y2=8x或y2=-8x或x2=8y或x2=-8y
[解析] 因为焦点到准线的距离为4,所以p=4,
可得抛物线的方程为y2=-8x或y2=8x或x2=8y或x2=-8y.
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3.[选择性必修1p136T3]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,那么|PQ|等于( )
A.9 B.8 C.7 D.6
B
[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.
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4.已知抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点为F,过点F且倾斜角为45°的直线交抛物线C于A,B两点.若|AB|=9,则抛物线C的方程为( )
A.x2=3y B.x2=12y
C.x2=y D.x2=y
C
[解析] 由已知得直线AB的方程为y=x+,联立消去x得y2-3py+=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),由根与系数的关系知y1+y2=3p.
因为|AB|=9,所以y1+y2+p=9,所以4p=9,即p=,
所以所求抛物线C的方程为x2=y.故选C.
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5.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 .
y2=±4x
[解析] 由已知可得双曲线的焦点为(-,0),(,0).
设抛物线的方程为y2=±2px(p>0),则=,
所以p=2,所以抛物线的方程为y2=±4x.
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考点1 抛物线的定义及应用
例1 (1)已知抛物线E:x2=4y的焦点为F,准线为l,与y轴平行的直线与l和抛物线E分别交于A,B两点,且∠AFB=60°,则|AB|=( )
A.2 B.2 C.6 D.4
D
[解析] 如图,由抛物线定义可知=|AB|,因为∠AFB=60°,所以△ABF为等边三角形,
故=|AB|=,∠BAF=60°,所以∠AFO=60°,其中准线l与y轴交点为P,则=2,故==4,所以|AB|=4.故选D.
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(2)若抛物线y2=2px(p>0)上一点A到准线及对称轴的距离分别是5和3,则p的值为( )
A.1或8 B.1或9 C.2或8 D.2或9
B
[解析] 设点A的坐标为(x0,y0),已知点A到对称轴的距离为3,
因为抛物线y2=2px(p>0)的对称轴为x轴,所以|y0|=3,则=9.
因为点A(x0,y0)在抛物线y2=2px(p>0)上,所以=2px0,把=9代入可得9=2px0,
则x0=.抛物线y2=2px(p>0)的准线方程为x=-,已知点A到准线的距离为5,
所以x0+=5.把x0=代入x0+=5可得+=5,得到p2-10p+9=0,解得p=1或p=9.故选B.
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[小结]抛物线定义的应用常有两个方面:
1.利用抛物线定义解决最值、距离问题.最值、距离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.利用抛物线定义解决与焦点弦有关的问题.焦点弦有关问题通常与抛物线的定义有关,注意运用抛物线上一点P(x,y)到焦点F的距离|PF|=|x|+或|PF|=|y|+(焦半径公式)求解.
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1.已知抛物线C:y2=12x的焦点为F,准线为l,点A在抛物线C上,AB⊥l于点B,∠FAB=,则|BF|=( )
A. B.4 C. D.
B
[解析] 设准线l与x轴的交点为B',作AA'垂直于x轴交x轴于点A'.
由抛物线定义知|AF|=|AB|,又∠FAB=,
所以∠AFO=,所以|AF|=|AB|=|A'B'|=|B'F|-|A'F|=p-|AF|cos∠AFO,
即|AF|===4,所以在△ABF中,由余弦定理得|BF|2=|AF|2+|AB|2-2|AF|·|AB|cos∠FAB=48,所以|BF|=4.故选B.
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2.已知过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F作直线交抛物线于A,B两点,若|AF|=3|BF|,AB的中点到y轴的距离为,则p的值为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
B
[解析] 抛物线y2=2px(p>0)的焦点F,准线l:x=-,如图,准线交x轴于点K,
由对称性,不妨令点A在第一象限,过A,B分别作AD⊥l,BE⊥l,垂足分别为D,E,
过B作BG⊥AD于点G,交FK于点H,
令|BE|=|BF|=n,则|AD|=|AF|=3n,|FK|=p,|AG|=2n,|FH|=p-n,
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由FH∥AG,得=,即=,则p=,
设线段AB的中点为M,过M作MN⊥l于点N,
则|MN|==2n=,
由AB的中点到y轴的距离为,得|MN|=+,因此=+,所以p=3.故选B.
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考点2 抛物线的标准方程
角度1.定义法
例2 已知圆F:(x-2)2+y2=1,动圆P与圆F内切,且与定直线x=-3相切,设动点P的轨迹为E.则E的方程为 .
y2=8x
[解析] 方法一:设P(x,y),圆P的半径为R,由题设可知点P在直线x=-3右侧,因为圆P与定直线x=-3相切,所以R=x+3.又圆P与圆F内切,所以R=|PF|+1=+1,
所以x+3=+1,化简得y2=8x,即E的方程为y2=8x.
方法二:因为圆P与定直线x=-3相切,又圆P与圆F内切,所以动圆P到点F距离等于到直线x=-2的距离,所以动圆P的轨迹E为以F为焦点,x=-2为准线的抛物线,其方程为y2=8x.
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角度2.待定系数法
例3 (1)过点(1,-2)且焦点在y轴上的抛物线方程为( )
A.x2=-y B.y2=4x
C.y2=4x或x2=-y D.y2=4x或x2=y
A
[解析] 由题意,可设抛物线为x2=2py(p<0),又点(1,-2)在抛物线上,所以-4p=1⇒p=-,故所求抛物线为x2=-y.故选A.
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(2)已知抛物线的顶点在坐标原点,对称轴为坐标轴,焦点在直线x-2y-4=0上,则抛物线的方程为 .
y2=16x或x2=-8y
[解析] 直线x-2y-4=0交x轴于点A(4,0),与y轴交于点B(0,-2),
①当抛物线的焦点在A点时,设其方程为y2=2px(p>0),可得=4,p=8,
所以抛物线的方程为y2=16x;
②当抛物线的焦点在B点时,设其方程为x2=-2p'y(p'>0),可得-=-2,p'=4,
所以抛物线的方程为x2=-8y,
综上所述,抛物线的方程为y2=16x或x2=-8y.
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[小结]1.求抛物线标准方程的方法
(1)定义法:若题目已给出抛物线的方程(含有未知数p),那么只需求出p即可.
(2)待定系数法:若题目未给出抛物线的方程,对于焦点在x轴上的抛物线的标准方程可统一设为y2=ax(a≠0),a的正负由题设来定;对于焦点在y轴上的抛物线的标准方程可统一设为x2=ay(a≠0),a的正负由题设来定,这样就减少了不必要的讨论.
2.抛物线性质的应用技巧
(1)利用抛物线方程确定及应用其焦点、准线时,关键是将抛物线方程化成标准方程.
(2)要结合图形分析,灵活运用平面图形的性质简化运算.
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3.在平面直角坐标系xOy中,动点P(x,y)到直线x=-1的距离比它到定点(3,0)的距离小2,则点P的轨迹方程为( )
A.y2=6x B.y2=12x
C.y2=-6x D.y2=-12x
B
[解析] 由题意知,动点P(x,y)到直线x=-3的距离与它到定点(3,0)的距离相等,
由抛物线的定义知,点P的轨迹是以(3,0)为焦点,直线x=-3为准线的抛物线,
设抛物线方程为y2=2px(p>0),所以p=6,
点P的轨迹方程为y2=12x.
故选B.
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4.(2025·北京海淀·三模)点M(5,3)到抛物线y=ax2的准线的距离为6,那么该抛物线的标准方程是( )
A.x2=12y
B.x2=y或x2=-y
C.x2=-y
D.x2=12y或x2=-36y
D
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[解析] 将y=ax2转化为x2=y,
当a>0时,抛物线开口向上,准线方程为y=-,点M(5,3)到准线的距离为3+=6,解得a=,所以抛物线方程为y=x2,即x2=12y;
当a<0时,抛物线开口向下,准线方程为y=-,点M(5,3)到准线的距离为=6,解得a=-或a=(舍去),所以抛物线方程为y=-x2,即x2=-36y.
所以抛物线的标准方程为x2=12y或x2=-36y.故选D.
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5.如图1,这是一只古代的青花牡丹纹碗.已知该碗高10 cm,口径26 cm,底径10 cm,该碗的轴截面(不含碗底部分)是抛物线的一部分,如图2,则该抛物线的焦点到准线的距离为( )
A. cm B. cm
C. cm D. cm
B
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[解析] 以该碗轴截面的对称轴为y轴,抛物线的顶点为坐标原点,建立平面直角坐标系,如图所示,
设该抛物线的方程为x2=2py(p>0)(x,y的单位均为cm),点A的纵坐标为h(单位:cm),
则A(5,h),B(13,h+10),
所以解得
故该抛物线的焦点到准线的距离为 cm.故选B.
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考点3 抛物线的简单几何性质
角度1.焦半径和焦点弦
例4 已知抛物线C:y2=x的焦点为F,准线与x轴交于点P,直线l过焦点F且与C交于A,B两点,若直线AP的斜率为,则|AB|=( )
A.1 B.2 C.4 D.8
C
[解析] 抛物线C:y2=x的焦点F,准线x=-,过点A作准线的垂线,垂足为A',作AD⊥x轴于D,由直线AP的斜率为,
得=tan∠APF=tan∠PAA'=,
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而|AA'|=|AF|,|A'P|=|AD|,
则sin∠AFD===,
设点A(x1,y1),B(x2,y2),令∠AFD=θ,
由p=,|FD|=|AF|cos θ得,
x1-=cos θ,解得x1=·,同理x2=·,
因此|AB|=|AF|+|BF|=x1+x2+p
=+p=p==8p=4,
当θ为钝角时,同理求得|AB|=4,所以|AB|=4.故选C.
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角度2.与抛物线有关的最值问题
例5 (1)(24-25高三上·安徽·阶段练习)已知抛物线x2=2py(p>0),点A(4,4)在抛物线上,点B(0,3),若点P是抛物线上的动点,则的最小值为( )
A.8 B.2 C.9 D.3
B
[解析] 因为点A(4,4)在抛物线上,
所以42=2p·4,解得p=2,
所以抛物线方程为x2=4y,
设P(x0,y0),
则|PB|2=+(y0-3)2=+-6y0+9=-2y0+9=(y0-1)2+8≥8,
所以|PB|的最小值为2.故选B.
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(2)在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线C:x2=2y,点P是C的准线l上的动点,过点P作C的两条切线,切点分别为A,B,则△AOB面积的最小值为( )
A. B. C.1 D.
A
[解析] 由题意知焦点F,准线l的方程为y=-,
设P,A(x1,y1),B(x2,y2),
由y=x2得y'=x,∴切线PA的方程为y-y1=x1(x-x1),又=2y1,则y=x1x-y1,
又切线PA过点P,
∴-=x1x0-y1,即2x0x1-2y1+1=0,
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同理得切线PB的方程为2x0x2-2y2+1=0,
∴直线AB的方程为2x0x-2y+1=0,
则直线AB过定点F,
当AB平行于x轴时,此时|AB|=|x1-x2|=2p=2,
∴S△AOB=·|OF|·|x1-x2|=|x1-x2|≥×2=,
当且仅当直线AB⊥y轴时取等号,故选A.
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(3)已知动圆过点F且与直线l:y=-相切,直线l与y轴交于点K,点P为动圆圆心的轨迹E上任意一点,∠KPF的平分线与y轴的交点为M(0,m),则m的
最大值为 .
-
[解析] 由题意可得,动圆圆心的轨迹E为抛物线x2=2y,焦点F,准线方程为y=-,
过点P作PH垂直于准线,H为垂足,如图,
因为抛物线x2=2y关于y轴对称,不妨设点P的横坐标x≥0,
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由抛物线的定义可得=,
设∠PKH=θ,由y=x2,求导可得y'=x,设切点,则切线斜率为k=x0,
则切线方程为y-=x0(x-x0),将点(-)代入,得--=-,解得x0=±1,
所以当直线PK与x2=2y相切时,其倾斜角等于,因此∠PKH=θ∈,且m∈.
由角平分线定理可得==,即sin θ=,则m=,
因为函数y=在上单调递减,
因此当θ=时,ymax=-,故m的最大值为-.
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[小结]1.抛物线性质的应用技巧
(1)利用抛物线方程确定其焦点、准线时,关键是将抛物线方程化成标准方程.
(2)要结合图形分析,灵活运用平面图形的性质简化运算.
2.与抛物线有关的最值问题的两个转化策略
转化策略一:将抛物线上的点到准线的距离转化为该点到焦点的距离,构造出“两点之间线段最短”“三角形两边之和大于第三边”,使问题得以解决.
转化策略二:将抛物线上的点到焦点的距离转化为到准线的距离,利用“与直线上所有点的连线中垂线段最短”原理解决.
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6.(2025·北京东城·二模)已知直线y=kx与抛物线y2=2px(p>0)在第一象限交于点M,过点M作x轴的垂线,垂足为抛物线的焦点F,则k= ;若该抛物线的准线上的点到点M与点F的距离之和的最小值为,则p= .
[解析] 对于抛物线y2=2px(p>0),其焦点坐标为F.
因为过点M作x轴的垂线,垂足为抛物线的焦点F,所以点M的横坐标为.
将x=代入抛物线方程y2=2px,可得y2=2p×=p2,
因为点M在第一象限,所以y=p,即M.
2
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已知直线y=kx过点M,将点M的坐标代入直线方程可得p=k×,
因为p>0,两边同时除以p得k=2.
当k=2时,已知M,焦点F,准线为x=-.
设焦点F关于准线x=-的对称点为F',则F'.
因为+=+,故其最小值为,
又====p.
所以p=,可得p=1.
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7.如图,雷达接收器的工作原理是将接收信号汇集到同一焦点,从而获取信息.已知雷达接收器的截面曲线可看作抛物线y2=6x,则水平光信号入射到抛物线上点A,经抛物线反射到点B,反射光线与x轴的交点为F,则AF·BF的最小值为 .
9
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[解析] 根据题意可知,直线AB过抛物线的焦点F,作AA1,BB1垂直于抛物线的准线,垂足分别为A1,B1,如下图所示,
设∠AFO=θ,易知AA1=AF,可得AA1+AFcos θ=p,
即AF(1+cos θ)=p,
可得AF=,
同理可得BF=,
因此AF·BF=·==,因为2p=6,所以p=3,
因此AF·BF=≥p2=9,即AF·BF的最小值为9.
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8.(多选)已知抛物线C:y2=2px(p>0)与圆O:x2+y2=20交于A,B两点,且|AB|=8,过抛物线C的焦点F的直线l与抛物线C交于M,N两点,点P是抛物线C上异于顶点的任意一点,点Q是抛物线C的准线与坐标轴的交点,则( )
A.若=3,则直线l的斜率为±
B.|MF|+4|NF|的最小值为18
C.∠MON为钝角
D.当点P与点F的横坐标相同时,最小
BCD
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[解析] 因为抛物线C:y2=2px(p>0)与圆O:x2+y2=20交于A,B两点,且|AB|=8,
所以第一象限内的交点A的纵坐标为4,代入圆O的方程得横坐标为2,即A(2,4),
所以42=4p,p=4,
即抛物线的方程为y2=8x,焦点为F(2,0).
设M(x1,y1),N(x2,y2),
又因为=8x1,=8x2,解得
对于A,由=3得(2-x1,-y1)=3(x2-2,y2),则
所以直线l的斜率为=±,故A错误;
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对于B,由抛物线定义得+==,
所以|MF|+4|NF|=2(|MF|+4|NF|)×=10+2≥10+8=18,当且仅当=,即|MF|=2|NF|时等号成立,因此|MF|+4|NF|的最小值为18,故B正确;
对于C,如图,不妨设点M在第一象限,
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设直线l:x=my+2,
联立抛物线的方程消去x,
得y2-8my-16=0,
又Δ=(-8m)2+4×16>0,
所以y1y2=-16,x1x2=·==4,
所以x1x2+y1y2=4-16=-12<0,
所以cos<><0,所以∠MON为钝角,故C正确;
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对于D,Q(-2,0),F(2,0),
设P(x0,y0),则=8x0,x0>0,
由抛物线的定义可得|PF|=x0+2,|PQ|===,又x0>0,
则====≥=,
当且仅当x0=2,即点P与点F的横坐标相同时取等号,故D正确.
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走进高考
1.(2025·新高考Ⅱ卷)设抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,点A在C上,过A作C的准线的垂线,垂足为B,若直线BF的方程为y=-2x+2,则|AF|=( )
A.3 B.4 C.5 D.6
C
[解析] 对直线BF:y=-2x+2,令y=0,则x=1,
所以F(1,0),p=2,即抛物线C:y2=4x,
故抛物线的准线方程为x=-1,故B(-1,4),则yA=4,
代入抛物线C:y2=4x得xA=4.
所以|AF|=|AB|=xA+=4+1=5.
故选C.
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2.(2025·新课标Ⅰ卷)(多选)设抛物线C:y2=6x的焦点为F,过F的直线交C于A,B两点,过F且垂直于AB的直线交l:x=-于点E,过点A作准线l的垂线,垂足为D,则( )
A.|AD|=|AF| B.|AE|=|AB|
C.|AB|≥6 D.|AE|·|BE|≥18
ACD
[解析] 对于A,对于抛物线C:y2=6x,
则p=3,其准线方程为x=-,焦点F,
则|AD|为抛物线上点到准线的距离,|AF|为抛物线上
点到焦点的距离,
由抛物线的定义可知,|AD|=|AF|,故A正确;
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对于B,过点B作准线l的垂线,交于点P,由题意可知AD⊥l,EF⊥AB,则∠ADE=∠AFE=90°,又|AD|=|AF|,|AE|=|AE|,所以△ADE≌△AFE,所以∠AED=∠AEF,
同理∠BEP=∠BEF,又∠AED+∠AEF+∠BEP+∠BEF=180°,
所以∠AEF+∠BEF=90°,即∠AEB=90°,显然AB为△ABE的斜边,则|AE|<|AB|,故B错误;
法一:对于C,易知直线AB的斜率不为0,设直线AB的方程为x=my+,A(x1,y1),B(x2,y2),
联立得y2-6my-9=0,易知Δ>0,则y1+y2=6m,y1y2=-9,
又x1=my1+,x2=my2+,所以|AB|=x1+x2+p=m(y1+y2)+3+3=6m2+6≥6,
当且仅当m=0时取等号,故C正确;
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对于D,在Rt△ABE与Rt△AEF中,∠BAE=∠EAF,所以Rt△ABE∽Rt△AEF,则=,即|AE|2=|AF|·|AB|,
同理|BE|2=|BF|·|AB|,
又|AF|·|BF|==(my1+3)·(my2+3)=m2y1y2+3m(y1+y2)+9=-9m2+18m2+9
=9(m2+1),|AB|=6m2+6=6(m2+1),
所以|AE|2·|BE|2=|BF|·|AF|·|AB|2=9(m2+1)×36(m2+1)2,
则|AE|·|BE|=3(m2+1×6(m2+1)=18(m2+1≥18,故D正确.故选ACD.
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法二:对于C,当直线AB的斜率不存在时,|AB|=2p=6;当直线AB的斜率存在时,
设直线AB方程为y=k,联立
消去y,得k2x2-(3k2+6)x+k2=0,易知Δ>0,则x1+x2=3+,x1x2=,
所以|AB|=|x1-x2|=×=×=6>6,
综上,|AB|≥6,故C正确;
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对于D,在Rt△ABE与Rt△AEF中,
∠BAE=∠EAF,
所以Rt△ABE∽Rt△AEF,则=,
即|AE|2=|AF|·|AB|,
同理|BE|2=|BF|·|AB|,
当直线AB的斜率不存在时,
|AB|=6,|AF|=|BF|=|AB|=3,
所以|AE|2·|BE|2=|BF|·|AF|·|AB|2=3×3×62,即|AE|·|BE|=18;
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当直线AB的斜率存在时,|AB|=6,
|AF|·|BF|==x1x2+(x1+x2)+=++=9,
所以|AE|2·|BE|2=|BF|·|AF|·|AB|2=9×36,
则|AE|·|BE|=3×6=18(+>18,
综上,·≥18,故D正确.故选ACD.
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