资源描述
第7讲 抛物线
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
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
F(,0)
F(-,0)
F(0,)
F(0,-)
离心率
e=1
准线方程
x=-
x=
y=-
y=
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+
|PF|=-x0+
|PF|=y0+
|PF|=-y0+
[做一做]
1.设抛物线的顶点在原点,准线方程为x=-2,则抛物线的方程是( )
A.y2=-8x B.y2=-4x
C.y2=8x D.y2=4x
解析:选C.由抛物线准线方程为x=-2知p=4,且开口向右,故抛物线方程为y2=8x.
2.抛物线y2=-8x的焦点坐标是( )
A.(2,0) B.(-2,0)
C.(4,0) D.(-4,0)
答案:B
1.辨明两个易误点
(1)抛物线的定义中易忽视“定点不在定直线上”这一条件,当定点在定直线上时,动点的轨迹是过定点且与定直线垂直的直线.
(2)抛物线标准方程中参数p易忽视只有p>0,才能证明其几何意义是焦点F到准线l的距离,否则无几何意义.
2.与焦点弦有关的常用结论
(以下图为依据)
设A(x1,y1),B(x2,y2).
(1)y1y2=-p2,x1x2=.
(2)|AB|=x1+x2+p=(θ为AB的倾斜角).
(3)+为定值.
(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.
[做一做]
3.(2022·高考课标全国卷Ⅰ)已知抛物线C:y2=x的焦点为F,A(x0,y0)是C上一点,|AF|=x0,则x0=( )
A.4 B.2
C.1 D.8
解析:选C.如图,F,过A作AA′⊥准线l,∴|AF|=|AA′|,
∴x0=x0+=x0+,
∴x0=1.
4.动圆过点(1,0),且与直线x=-1相切,则动圆的圆心的轨迹方程为________.
解析:设动圆的圆心坐标为(x,y),则圆心到点(1,0)的距离与到直线x=-1的距离相等,依据抛物线的定义易知动圆的圆心的轨迹方程为y2=4x.
答案:y2=4x
__抛物线的定义及其应用________________
(1)(2022·高考课标全国卷Ⅰ)已知抛物线C:y2=8x的焦点为F,准线为l,P是l上一点,Q是直线PF与C的一个交点,若=4,则|QF|=( )
A. B.
C.3 D.2
(2)(2021·长春市调研)已知直线l1:4x-3y+6=0和直线l2:x=-1,则抛物线y2=4x上一动点P到直线l1和直线l2的距离之和的最小值是( )
A. B.2
C. D.3
[解析] (1)∵=4,
∴||=4||,∴=.如图,过Q作QQ′⊥l,垂足为Q′,设l与x轴的交点为A,则|AF|=4,
∴==,
∴|QQ′|=3,依据抛物线定义可知|QF|=|QQ′|=3,
故选C.
(2)由题可知l2:x=-1是抛物线y2=4x的准线,设抛物线的焦点F为(1,0),则动点P到l2的距离等于|PF|,则动点P到直线l1和直线l2的距离之和的最小值即为焦点F到直线l1:4x-3y+6=0的距离,所以最小值是=2.
[答案] (1)C (2)B
[规律方法] 利用抛物线的定义解决此类问题,应机敏地运用抛物线上的点到焦点的距离与到准线距离的等价转化.“看到准线想到焦点,看到焦点想到准线”,这是解决抛物线焦点弦有关问题的有效途径.
1.(1)(2021·云南省统一检测)设经过抛物线C的焦点的直线l与抛物线C交于A、B两点,那么抛物线C的准线与以AB为直径的圆的位置关系为( )
A.相离 B.相切
C.相交但不经过圆心 D.相交且经过圆心
(2)(2021·浙江杭州模拟)已知点P是抛物线y2=2x上的动点,点P到准线的距离为d,且点P在y轴上的射影是M,点A(,4),则|PA|+|PM|的最小值是( )
A. B.4
C. D.5
解析:(1)选B.设圆心为M,过点A、B、M作准线l的垂线,垂足分别为A1、B1、M1,则|MM1|=(|AA1|+|BB1|).由抛物线定义可知|BF|=|BB1|,|AF|=|AA1|,所以|AB|=|BB1|+|AA1|,|MM1|=|AB|,即圆心M到准线的距离等于圆的半径,故以AB为直径的圆与抛物线的准线相切.
(2)选C.抛物线焦点F(,0),准线x=-,如图,延长PM交准线于N,由抛物线定义得|PF|=|PN|,
∵|PA|+|PM|+|MN|=|PA|+|PN|=|PA|+|PF|≥|AF|=5,而|MN|=,∴|PA|+|PM|≥5-=,当且仅当A,P,F三点共线时,取“=”号,此时,点P位于抛物线上,∴|PA|+|PM|的最小值为.
__抛物线的标准方程及性质(高频考点)____
抛物线的标准方程及性质是高考的热点,考查时多以选择题、填空题形式毁灭,个别高考题有确定难度,高考对该内容的考查主要有以下三个命题角度:
(1)求抛物线方程;
(2)由已知求参数p;
(3)与其它学问交汇求解综合问题.
(1)(2021·昆明三中、玉溪一中统考)抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,O为坐标原点,M为抛物线上一点,且|MF|=4|OF|,△MFO的面积为4,则抛物线方程为( )
A.y2=6x B.y2=8x
C.y2=16x D.y2=x
(2)(2021·山东德州模拟)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的两条渐近线与抛物线y2=2px(p>0)分别交于O,A,B三点,O为坐标原点.若双曲线的离心率为2,△AOB的面积为,则p=( )
A.1 B.
C.2 D.3
[解析] (1)依题意,设M(x,y),|OF|=,所以|MF|=2p,x+=2p,x=,y=p,又△MFO的面积为4,所以××p=4,解得p=4,所以抛物线方程为y2=8x.
(2)双曲线的渐近线方程为y=±x,
由于双曲线的离心率为2,
所以 =2,=.
由
解得或
由曲线的对称性及△AOB的面积得,2×××=,
解得p2=,p=(p=-舍去).故选B.
[答案] (1)B (2)B
[规律方法] (1)求抛物线的标准方程的方法:
①求抛物线的标准方程常用待定系数法,由于未知数只有p,所以只需一个条件确定p值即可.
②由于抛物线方程有四种标准形式,因此求抛物线方程时,需先定位,再定量.
(2)确定及应用抛物线性质的技巧:
①利用抛物线方程确定及应用其焦点、准线等性质时,关键是将抛物线方程化成标准方程.
②要结合图形分析,机敏运用平面几何的性质以图助解.
2.(1)(2021·高考课标全国卷Ⅱ)设抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,点M在C上,|MF|=5.若以MF为直径的圆过点(0,2),则C的方程为( )
A.y2=4x或y2=8x
B.y2=2x或y2=8x
C.y2=4x或y2=16x
D.y2=2x或y2=16x
(2)抛物线的顶点在原点,对称轴为y轴,它与圆x2+y2=9相交,公共弦MN的长为2,求该抛物线的方程,并写出它的焦点坐标与准线方程.
解析:(1)选C.设M(x0,y0),A(0,2),MF的中点为N.
由y2=2px,F,
∴N点的坐标为.
由抛物线的定义知,x0+=5,
∴x0=5-.
∴y0= .
∵|AN|==,∴|AN|2=.
∴+=.
即+=.
∴ -2=0.
整理得p2-10p+16=0.
解得p=2或p=8.
∴抛物线方程为y2=4x或y2=16x.
(2)解:由题意,设抛物线方程为x2=2ay(a≠0).
设公共弦MN交y轴于A,则|MA|=|AN|,且AN=.
∵|ON|=3,∴|OA|==2,
∴N(,±2).
∵N点在抛物线上,∴5=2a·(±2),即2a=±,
故抛物线的方程为x2=y或x2=-y.
抛物线x2=y的焦点坐标为,准线方程为y=-.
抛物线x2=-y的焦点坐标为,准线方程为y=.
__直线与抛物线的位置关系______________
(1)(2022·高考辽宁卷)已知点A(-2,3)在抛物线C:y2=2px的准线上,过点A的直线与C在第一象限相切于点B,记C的焦点为F,则直线BF的斜率为( )
A. B.
C. D.
(2)(2022·高考四川卷)已知F为抛物线y2=x的焦点,点A,B在该抛物线上且位于x轴的两侧,·=2(其中O为坐标原点),则△ABO与△AFO面积之和的最小值是( )
A.2 B.3
C. D.
[解析] (1)抛物线y2=2px的准线为直线x=-,而点A(-2,3)在准线上,所以-=-2,即p=4,从而C:y2=8x,焦点为F(2,0).设切线方程为y-3=k(x+2),代入y2=8x,得y2-y+2k+3=0(k≠0)①,由于Δ=1-4×(2k+3)=0,所以k=-2或k=.
由于切点在第一象限,所以k=.将k=代入①中,得y=8,再代入y2=8x中得x=8,所以点B的坐标为(8,8),所以直线BF的斜率为=.
(2)设直线AB的方程为x=ny+m(如图),
A(x1,y1),B(x2,y2),∵·=2,
∴x1x2+y1y2=2.
又y=x1,y=x2,
∴y1y2=-2.
联立得y2-ny-m=0,
∴y1y2=-m=-2,
∴m=2,即点M(2,0).
又S△ABO=S△AMO+S△BMO
=|OM||y1|+|OM||y2|=y1-y2,
S△AFO=|OF|·|y1|=y1,
∴S△ABO+S△AFO=y1-y2+y1
=y1+≥2=3,
当且仅当y1=时,等号成立.
[答案] (1)D (2)B
[规律方法] (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,要留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,则必需用一般弦长公式.
(3)争辩直线与抛物线的位置关系与争辩直线与椭圆、双曲线的位置关系的方法类似,一般是联立两曲线方程,但涉及抛物线的弦长、中点、距离等问题时,要留意“设而不求”、“整体代入”、“点差法”以及定义的机敏应用.
3.已知抛物线C:y2=2px(p>0)过点A(1,-2).
(1)求抛物线C的方程,并求其准线方程;
(2)是否存在平行于OA(O为坐标原点)的直线l,使得直线l与抛物线C有公共点,且直线OA与l的距离等于?若存在,求出直线l的方程;若不存在,请说明理由.
解:(1)将(1,-2)代入y2=2px,
得(-2)2=2p×1,
所以p=2.
故所求的抛物线C的方程为y2=4x,其准线方程为x=-1.
(2)假设存在符合题意的直线l,其方程为y=-2x+t,
由得y2+2y-2t=0.
由于直线l与抛物线C有公共点,
所以Δ=4+8t≥0,解得t≥-.
另一方面,由直线OA与l的距离d=,
可得=,
解得t=±1.
由于-1∉,1∈,
所以符合题意的直线l存在,其方程为2x+y-1=0.
考题溯源——抛物线方程的应用
(2022·高考陕西卷)如图所示是抛物线形拱桥,当水面在l时,拱顶离水面2 m,水面宽4 m.水位下降1 m后,水面宽________m.
[解析] 建立如图所示的平面直角坐标系,设抛物线方程为x2=-2py(p>0),则A(2,-2),将其坐标代入x2=-2py,得p=1.
∴x2=-2y.
当水面下降1 m,得D(x0,-3)(x0>0),将其坐标代入x2=-2y,得x=6,
∴x0=.∴水面宽|CD|=2 m.
[答案] 2
[考题溯源] 本考题就是教材人教A版选修21 P74习题A组T8原题.
某大桥在涨水时有最大跨度的中心桥孔,已知上部呈抛物线形,跨度为20米,拱顶距水面6米,桥墩高出水面4米,现有一货船欲过此桥孔,该货船水下宽度
不超过18米,目前吃水线上部分中心船体高5米,宽16米,且该货船在现在状况下还可多装1 000吨货物,但每多装150吨货物,船体吃水线就要上升0.04米,若不考虑水下深度,问:该货船在现在状况下能否直接或设法通过该桥孔,为什么?
解:建立如图所示的直角坐标系,设抛物线方程为y=ax2,由题意知点A(10,-2)在抛物线上,代入方程求解,得a=-,方程即为y=-x2.
让船沿正中心航行,船宽16米,而当x=8时,y=-×82=-1.28,此时抛物线上的点B距离水面-1.28+6=4.72(米),又船体水面以上高度为5米,所以无法通过;又5-4.72=0.28(米),0.28÷0.04=7,150×7=1 050吨,故至少应再装1 050吨货物才能通过,而现在只能多装1 000吨,故无法通过,只能等到水位下降.
1.已知m,n,m+n成等差数列,m,n,mn成等比数列,则抛物线mx2=ny的焦点坐标是( )
A.(0,) B.(,0)
C.(0,) D.(,0)
解析:选A.由题意知,2n=m+m+n且n2=m·mn,解得m=2,n=4,故抛物线为x2=2y,其焦点坐标为(0,).
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=±2x B.y2=±2x
C.y2=±4x D.y2=±4x
解析:选D.由于双曲线的焦点为(-,0),(,0).
设抛物线方程为y2=±2px(p>0),则=,所以p=2,所以抛物线方程为y2=±4x.
3.(2022·高考课标全国卷Ⅱ)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,则|AB|=( )
A. B.6
C.12 D.7
解析:选C.∵F为抛物线C:y2=3x的焦点,
∴F,
∴AB的方程为y-0=tan 30°,即y=x-.
联立得x2-x+=0.
∴x1+x2=-=,即xA+xB=.
由于|AB|=xA+xB+p,所以|AB|=+=12.
4.已知点A(2,0),抛物线C:x2=4y的焦点为F,射线FA与抛物线C相交于点M,与其准线相交于点N,则|FM|∶|MN|=( )
A.2∶ B.1∶2
C.1∶ D.1∶3
解析:选C.直线FA:y=-x+1,与x2=4y联立,得xM=-1,直线FA:y=-x+1,与y=-1联立,得N(4,-1),由三角形相像知==.
5.(2021·衡水中学调研)已知等边△ABF的顶点F是抛物线C1:y2=2px(p>0)的焦点,顶点B在抛物线的准线l上且AB⊥l,则点A的位置( )
A.在C1开口内 B.在C1上
C.在C1开口外 D.与p值有关
解析:选B.设B(-,m),由已知有AB中点的横坐标为,则A(,m),△ABF是边长|AB|=2p的等边三角形,即|AF|==2p,∴p2+m2=4p2,∴m=±p,∴A(,±p),代入y2=2px中,得点A在抛物线上,故选B.
6.(2021·四川资阳模拟)顶点在原点,对称轴是y轴,并且经过点P(-4,-2)的抛物线方程是________.
解析:设抛物线方程为x2=my,将点P(-4,-2)代入x2=my,得m=-8.
所以抛物线方程是x2=-8y.
答案:x2=-8y
7.(2021·厦门质检)已知点P在抛物线y2=4x上,且点P到y轴的距离与其到焦点的距离之比为,则点P到x轴的距离为________.
解析:设点P的坐标为(xP,yP),抛物线y2=4x的准线方程为x=-1,依据抛物线的定义,点P到焦点的距离等于点P到准线的距离,故=,解得xP=1,
∴y=4,∴|yP|=2.
答案:2
8. (2021·兰州市、张掖市联考)如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线l依次交抛物线及其准线于点A、B、C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则抛物线的方程是________.
解析:分别过点A、B作准线的垂线AE、BD,分别交准线于点E、D,则|BF|=|BD|,∵|BC|=2|BF|,
∴|BC|=2|BD|,
∴∠BCD=30°,又∵|AE|=|AF|=3,
∴|AC|=6,即点F是AC的中点,依据题意得p=,∴抛物线的方程是y2=3x.
答案:y2=3x
9.抛物线顶点在原点,它的准线过双曲线-=1(a>0,b>0)的一个焦点,并与双曲线实轴垂直,已知抛物线与双曲线的一个交点为(,),求抛物线与双曲线的方程.
解:由题设知,抛物线以双曲线的右焦点为焦点,准线过双曲线的左焦点,
∴p=2c.
设抛物线方程为y2=4c·x,
∵抛物线过点(,),
∴6=4c·,
∴c=1,
故抛物线方程为y2=4x.
又双曲线-=1过点(,),
∴-=1.又a2+b2=c2=1,
∴-=1.
∴a2=或a2=9(舍去).
∴b2=,
故双曲线方程为4x2-=1.
10.已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,A是抛物线上横坐标为4,且位于x轴上方的点,A到抛物线准线的距离等于5,过A作AB垂直于y轴,垂足为B,OB的中点为M.
(1)求抛物线的方程;
(2)若过M作MN⊥FA,垂足为N,求点N的坐标.
解:(1)抛物线y2=2px的准线为x=-,
于是4+=5,
∴p=2.
∴抛物线方程为y2=4x.
(2)∵点A的坐标是(4,4),
由题意得B(0,4),M(0,2).
又∵F(1,0),∴kFA=,
∵MN⊥FA,∴kMN=-.
又FA的方程为y=(x-1),①
MN的方程为y-2=-x,②
联立①②,解得x=,y=,
∴N的坐标为.
1.(2021·河南郑州模拟)已知抛物线y2=2px(p>0),过其焦点且斜率为-1的直线交抛物线于A,B两点,若线段AB的中点的纵坐标为-2,则该抛物线的准线方程为( )
A.x=1 B.x=2
C.x=-1 D.x=-2
解析:选C.由题意可设直线方程为y=-(x-),
设A(x1,y1),B(x2,y2),
联立方程
整理得y2+2py-p2=0,
∴y1+y2=-2p.
∵线段AB的中点的纵坐标为-2,
∴=-2.∴p=2.
∴抛物线的准线方程为x=-1.
2.(2021·江西上饶模拟)过抛物线x2=4y的焦点F作直线AB,CD与抛物线交于A,B,C,D四点,且AB⊥CD,则·+·的最大值等于( )
A.-4 B.-16
C.4 D.-8
解析:选B.依题意可得,·=-(||·||).
又由于||=yA+1,||=yB+1,
所以·=-(yAyB+yA+yB+1).
设直线AB的方程为y=kx+1(k≠0),
联立x2=4y,可得x2-4kx-4=0,
所以xA+xB=4k,xAxB=-4.
所以yAyB=1,yA+yB=4k2+2.
所以·=-(4k2+4).
同理·=-(+4).
所以·+·=-(4k2++8)≤-16.
当且仅当k=±1时等号成立.
3.(2021·山西省忻州市联考)已知P为抛物线y2=4x上一个动点,Q为圆x2+(y-4)2=1上一个动点,那么点P到点Q的距离与点P到抛物线的准线距离之和的最小值是________.
解析:由题意知,圆x2+(y-4)2=1的圆心为C(0,4),半径为1,抛物线的焦点为F(1,0),依据抛物线的定义,点P到点Q的距离与点P到抛物线准线的距离之和即点P到点Q的距离与点P到抛物线焦点的距离之和,因此|PQ|+|PF|≥|PC|+|PF|-1≥|CF|-1=-1.
答案:-1
4.已知抛物线x2=2y,过抛物线的焦点F的直线l交抛物线于P,Q两点,过P,Q分别作抛物线的切线,两切线交于点A,则点A的纵坐标为________.
解析:由x2=2y,得y=x2,∴y′=x.设P(x1,y1),Q(x2,y2),∴抛物线在P,Q两点处的切线的斜率分别为x1,x2,∴过点P的抛物线的切线方程为y-y1=x1(x-x1),又x=2y1,∴切线方程为y=x1x-,同理可得过点Q的切线方程为y=x2x-,两切线方程联立解得.
又抛物线焦点F的坐标为(0,),易知直线l的斜率存在,可设直线l的方程为y=mx+,由,得x2-2mx-1=0,所以x1x2=-1,所以yA=-.
答案:-
5.(2021·厦门模拟) 如图所示,抛物线关于x轴对称,它的顶点在坐标原点,点P(1,2),A(x1,y1),B(x2,y2)均在抛物线上.
(1)写出该抛物线的方程及其准线方程;
(2)当PA与PB的斜率存在且倾斜角互补时,求y1+y2的值及直线AB的斜率.
解:(1)由已知条件,可设抛物线的方程为y2=2px(p>0).
∵点P(1,2)在抛物线上,∴22=2p×1,解得p=2.故所求抛物线的方程是y2=4x,准线方程是x=-1.
(2)设直线PA的斜率为kPA,直线PB的斜率为kPB,则
kPA=(x1≠1),kPB=(x2≠1),
∵PA与PB的斜率存在且倾斜角互补,∴kPA=-kPB.
由A(x1,y1),B(x2,y2)均在抛物线上,得y=4x1,①
y=4x2,②
∴=-,
∴y1+2=-(y2+2).
∴y1+y2=-4.
由①-②得,y-y=4(x1-x2),
∴kAB===-1.
6.(选做题)(2021·吉林长春调研)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,若过点F且斜率为1的直线与抛物线相交于M,N两点,且|MN|=8.
(1)求抛物线C的方程;
(2)设直线l为抛物线C的切线,且l∥MN,P为l上一点,求·的最小值.
解:(1)由题可知F(,0),
则该直线方程为y=x-,
代入y2=2px(p>0),得x2-3px+=0.
设M(x1,y1),N(x2,y2),
则有x1+x2=3p.
∵|MN|=8,
∴x1+x2+p=8,即3p+p=8,解得p=2,
∴抛物线的方程为y2=4x.
(2)设直线l的方程为y=x+b,代入y2=4x,得x2+(2b-4)x+b2=0.
∵l为抛物线C的切线,∴Δ=0,解得b=1.
∴l的方程为y=x+1.
设P(m,m+1),则=(x1-m,y1-(m+1)),=(x2-m,y2-(m+1)),
∴·=(x1-m)(x2-m)+[y1-(m+1)][y2-(m+1)]
=x1x2-m(x1+x2)+m2+y1y2-(m+1)(y1+y2)+(m+1)2.
由(1)可知:x1+x2=6,x1x2=1,
∴(y1y2)2=16x1x2=16,y1y2=-4.
∵y-y=4(x1-x2),
∴y1+y2=4=4,
∴·=1-6m+m2-4-4(m+1)+(m+1)2
=2(m2-4m-3)=2[(m-2)2-7]≥-14,
当且仅当m=2,即点P的坐标为(2,3)时,·的最小值为-14.
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