资源描述
第7讲 抛物线
考向预测
核心素养
抛物线的方程、几何性质及抛物线的综合问题是高考热点,综合问题难度较大.
直观想象、数学抽象、数学运算
[学生用书P236])
一、知识梳理
1.抛物线的概念
(1)定义:平面内与一个定点F和一条定直线l(l不经过点F)的距离相等的点的轨迹.
(2)焦点:点F叫做抛物线的焦点.
(3)准线:直线l叫做抛物线的准线.
2.抛物线的标准方程和简单几何性质
标准方程
y2=2px
(p>0)
y2=-2px
(p>0)
x2=2py
(p>0)
x2=-2py
(p>0)
图形
范围
x≥0,y∈R
x≤0,y∈R
y≥0,x∈R
y≤0,x∈R
焦点
准线
方程
x=-
x=
y=-
y=
对称轴
x轴
y轴
顶点
(0,0)
离心率
e=1
常用结论
1.与焦点弦有关的常用结论
如图,倾斜角为θ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)y1y2=-p2,x1x2=.
(2)焦点弦长:|AB|=x1+x2+p=(θ为直线AB的倾斜角).
通径(过焦点垂直于对称轴的弦)长:2p.
(3)焦半径:|AF|=,|BF|=,+=.
(4)以弦AB为直径的圆与准线相切;以AF或BF为直径的圆与y轴相切.
2.若A,B为抛物线y2=2px(p>0)上两点,且OA⊥OB,则直线AB过定点(2p,0).
二、教材衍化
1.(人A选择性必修第一册P133练习T3(2)改编)抛物线y2=12x上与焦点的距离等于6的点的坐标是________.
答案:(3,±6)
2.(人A选择性必修第一册P136练习T4改编)已知过抛物线y2=4x的焦点F的直线交该抛物线于A,B两点,|AF|=2,则|BF|=________.
解析:设点A的横坐标是x1,则依题意有焦点F(1,0),|AF|=x1+1=2,则x1=1.因为AF所在直线过点F,所以直线AF的方程是x=1,此时弦AB为抛物线的通径,故|BF|=|AF|=2.
答案:2
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(-4,3),则其标准方程可写为y2=2px(p>0).( )
(4)抛物线x2=-2ay(a>0)的通径长为2a.( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√
二、易错纠偏
1.(多选)(忽视焦点的位置致误) 顶点在原点,且过点P(-2,3)的抛物线的标准方程是( )
A.y2=-x B.y2=x
C.x2=y D.x2=-y
解析:选AC.设抛物线的标准方程是y2=kx或x2=my,代入点P(-2,3),解得k=-,m=,所以y2=-x或x2=y.
2.(忽视抛物线的开口方向致误)若抛物线y=ax2的准线方程是y=2,则a的值是________.
解析:把抛物线方程y=ax2化为标准形式得x2=y,所以-=2,解得a=-.
答案:-
3.(忽视方程多解致误)抛物线y2=8x上到其焦点F距离为5的点的个数为________.
解析:设P(x1,y1),则|PF|=x1+2=5,得x1=3,y1=±2.故满足条件的点的个数为2.
答案:2
[学生用书P237])
考点一 抛物线的定义和标准方程(自主练透)
复习指导:1.了解抛物线的定义、标准方程、掌握各种形式下抛物线的图形.
2.理解参数p的几何意义.
1.(2021·新高考卷Ⅱ)若抛物线y2=2px(p>0)的焦点到直线y=x+1的距离为,则p=( )
A.1 B.2
C.2 D.4
解析:选B.抛物线的焦点坐标为,其到直线x-y+1=0的距离d==,解得p=2(p=-6舍去).故选B.
2.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,根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
3.在平面直角坐标系xOy中,有一定点A(2,1).若线段OA的垂直平分线过抛物线y2=2px(p>0)的焦点,则该抛物线的准线方程是________.
解析:线段OA的垂直平分线方程是y=-2x+,且交x轴于点,该点为抛物线y2=2px(p>0)的焦点,故该抛物线的准线方程为x=-.
答案:x=-
抛物线的定义及标准方程应用关键点
(1)由抛物线定义,抛物线上的点到焦点的距离和到准线的距离可相互转化.
(2)求抛物线标准方程的常用方法是待定系数法,其关键是判断焦点位置、开口方向,在方程的类型已经确定的前提下,由于标准方程只有一个参数p,只需一个条件就可以确定抛物线的标准方程.
考点二 抛物线的几何性质(多维探究)
复习指导:理解应用抛物线的简单几何性质.
角度1 焦半径和焦点弦
(1)(2022·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||+||+||=10,则x1+x2=( )
A.6 B.5
C.4 D.3
(2)(链接常用结论1(2))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( )
A. B.
C. D.
【解析】 (1)根据抛物线的定义,知||,||,||分别等于点A,B,C到准线x=-1的距离,所以由||+||+||=10,可得2+x1+1+x2+1=10,即x1+x2=6.故选A.
(2)由已知得焦点坐标为F,
因此直线AB的方程为y=,
即4x-4y-3=0.
方法一:联立直线方程与抛物线方程化简得
4y2-12y-9=0,
则yA+yB=3,yAyB=-,
故|yA-yB|==6.
因此S△OAB=|OF||yA-yB|=××6=.
方法二:联立直线方程与抛物线方程得x2-x+=0,
故xA+xB=.
根据抛物线的定义有|AB|=xA+xB+p=+=12,
同时原点到直线AB的距离为d==,
因此S△OAB=|AB|·d=.
【答案】 (1)A (2)D
角度2 与抛物线有关的最值
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
1.若本例条件不变,则P到准线l的距离与P到直线3x+4y+7=0的距离之和的最小值是________.
解析:由抛物线定义可知点P到准线l的距离等于点P到焦点F的距离,由抛物线y2=4x及直线方程3x+4y+7=0可得直线与抛物线相离,所以点P到准线l的距离与点P到直线3x+4y+7=0的距离之和的最小值为焦点F(1,0)到直线3x+4y+7=0的距离,即=2.
答案:2
2.若将本例中的B点坐标改为(3,4),试求|PB|+|PF|的最小值.
解:由题意可知点(3,4)在抛物线的外部,F(1,0).
因为|PB|+|PF|的最小值即为B,F两点间的距离,
所以|PB|+|PF|≥|BF|==2,
即|PB|+|PF|的最小值为2.
抛物线的性质及应用要点
(1)由抛物线的方程可以确定抛物线的开口方向、焦点位置、焦点到准线的距离,从而进一步确定抛物线的焦点坐标及准线方程.
(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.
|跟踪训练|
1.已知点Q(2,0)及抛物线y=上的动点P(x,y),则y+|PQ|的最小值是( )
A.2 B.3
C.4 D.2
解析:
选A.因为抛物线的方程为x2=4y,
所以焦点为F(0,1),准线方程为y=-1,
所以抛物线上的动点P(x,y)到准线的距离为
y-(-1)=y+1,
由抛物线的定义可得|PF|=y+1,又因为Q(2,0),
所以y+|PQ|=y+1+|PQ|-1=|PF|+|PQ|-1≥|FQ|-1=-1=3-1=2,
当且仅当F,P,Q三点共线时取等号.
2.(2022·沈阳质量检测)已知正三角形AOB(O为坐标原点)的顶点A,B在抛物线y2=3x上,则△AOB的边长是________.
解析:
如图,设△AOB的边长为a,则A,因为点A在抛物线y2=3x上,所以a2=3×a,所以a=6.
答案:6
考点三 直线与抛物线(综合研析)
复习指导:了解圆锥曲线的简单应用,了解抛物线的实际背景.
(2021·高考全国卷乙)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;
(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.
【解】 (1)由抛物线的定义可知,焦点F到准线的距离为p,故p=2,所以C的方程为y2=4x.
(2)由(1)知F(1,0),设P(x1,y1),Q(x2,y2),
则=(x2-x1,y2-y1),=(1-x2,-y2),
因为=9,所以
可得
又点P在抛物线C上,所以y=4x1,即(10y2)2=4(10x2-9),化简得y=x2-,则点Q的轨迹方程为y2=x-.
设直线OQ的方程为y=kx,易知当直线OQ与曲线y2=x-相切时,斜率可以取最大,
联立y=kx与y2=x-并化简,得k2x2-x+=0,
令Δ=(-)2-4k2·=0,解得k=±,
所以直线OQ斜率的最大值为.
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.
[注意] 涉及弦的中点、斜率时,一般用“点差法”求解.
|跟踪训练|
1.直线y=x+b交抛物线y=x2于A,B两点,O为抛物线顶点,OA⊥OB,则b的值为( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
解析:选D.设A(x1,y1),B(x2,y2),将y=x+b代入y=x2,化简可得x2-2x-2b=0,故x1+x2=2,x1x2=-2b,所以y1y2=x1x2+b(x1+x2)+b2=b2.又OA⊥OB,所以x1x2+y1y2=0,即-2b+b2=0,则b=2或b=0,经检验b=0时,不符合题意,故b=2.
2.(多选)(2022·广东省广雅中学月考)已知O为坐标原点,M(2,2),P,Q是抛物线C:y2=2px上两点,F为其焦点,若F到准线的距离为2,则下列说法正确的有( )
A.△PMF周长的最小值为2
B.若=λ,则最小值为4
C.若直线PQ过点F,则直线OP,OQ的斜率之积恒为-2
D.若△POF外接圆与抛物线C的准线相切,则该圆面积为
解析:
选BD.因为F到准线的距离为2,所以p=2,所以抛物线C:y2=4x,F(1,0),|MF|==,准线l:x=-1,
对于A,过P作PN⊥l,垂足为N,则|PF|+|PM|=|PN|+|PM|≥|MN|=2+1=3,
所以△PMF周长的最小值为3+,故A不正确;
对于B,若=λ,则弦PQ过F,过P作l的垂线,垂足为P′,过Q作l的垂线,垂足为Q′,设PQ的中点为G,过G作GG′⊥l,垂足为G′,则|PQ|=|PF|+|QF|=|PP′|+|QQ′|=2|GG′|≥2×2=4,即最小值为4,故B正确;
对于C,若直线PQ过点F,设直线PQ:x=my+1,
联立消去x得y2-4my-4=0,
设P(x1,y1),Q(x2,y2),则y1+y2=4m,y1y2=-4,
所以kOP·kOQ=·=·==-4,故C不正确;
对于D,因为OF为外接圆的弦,所以圆心的横坐标为,
因为△POF外接圆与抛物线C的准线相切,所以圆的半径为1+=,
所以该圆面积为π()2=π,故D正确.
3.设抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,准线为l.过抛物线上一点A作l的垂线,垂足为B.设C,AF与BC相交于点E,若|CF|=2|AF|,且△ACE的面积为3,则p的值为________.
解析:
不妨设点A在第一象限.由题意得图,其中AB垂直于抛物线的准线l.则|FC|=3p,
所以|AF|=|AB|==
p,则A(p,p).
易证△EFC∽△EAB,所以===2,所以=,
所以S△ACE=S△AFC=××3p×p=p2=3,所以p=.
答案:
[学生用书P436(单独成册)]
[A 基础达标]
1.(2022·荆州市检测)过点A(3,0)且与y轴相切的圆的圆心的轨迹为( )
A.圆 B.椭圆
C.直线 D.抛物线
解析:
选D.如图,设P为满足条件的一点,不难得出结论:点P到点A的距离|PA|等于点P到y轴的距离|PB|,故点P在以点A为焦点,y轴为准线的抛物线上,故点P的轨迹为抛物线.
2.已知点P(2,y)在抛物线y2=4x上,则点P到抛物线焦点F的距离为( )
A.2 B.3
C. D.
解析:选B.因为抛物线y2=4x的焦点为(1,0),准线为x=-1,结合定义点P到抛物线焦点的距离等于它到准线的距离,为3.
3.(2022·哈尔滨六中期末)过抛物线x2=4y的焦点F作直线l交抛物线于P1(x1,y1),P2(x2,y2)两点,若y1+y2=6,则|P1P2|=( )
A.5 B.6
C.8 D.10
解析:选C.抛物线x2=4y的准线为y=-1,因为P1(x1,y1),P2(x2,y2)两点是过抛物线焦点的直线l与抛物线的交点,所以P1(x1,y1),P2(x2,y2)两点到准线的距离分别是y1+1,y2+1,所以|P1P2|=y1+y2+2=8.
4.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|=4,|DE|=2,则C的焦点到准线的距离为( )
A.2 B.4
C.6 D.8
解析:
选B.如图,不妨设抛物线C:y2=2px(p>0),A(x1,2),则x1==,由题意知|OA|=|OD|,所以+8=+5,解得p=4.
5.(2020·高考全国卷Ⅲ)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( )
A. B.
C.(1,0) D.(2,0)
解析:选B.将直线方程与抛物线方程联立,可得y=±2,不妨设D(2,2),E(2,-2),由OD⊥OE,可得·=4-4p=0,解得p=1,所以抛物线C的方程为y2=2x,其焦点坐标为.
6.已知直线l是抛物线y2=2px(p>0)的准线,半径为3的圆过抛物线顶点O和焦点F与l相切,则抛物线的方程为________.
解析:因为半径为3的圆与抛物线的准线l相切,
所以圆心到准线的距离等于3,
又因为圆心在OF的垂直平分线上,|OF|=,
所以+=3,所以p=4,故抛物线的方程为y2=8x.
答案:y2=8x
7.(2021·新高考卷Ⅰ)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________.
解析:通解(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=-.
光速解(应用射影定理法):由题易得|OF|=,|PF|=p,|PF|2=|OF|·|FQ|,即p2=×6,解得p=3或p=0(舍去),所以C的准线方程为x=-.
答案:x=-
8.(2022·山东模拟)直线l过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F(1,0),且与C交于A,B两点,则p=________,+=________.
解析:由题意知=1,从而p=2,
所以抛物线方程为y2=4x.
当直线AB的斜率不存在时,将x=1代入抛物线方程,
解得|AF|=|BF|=2,从而+=1.
当直线AB的斜率存在时,设AB的方程为y=k(x-1),
联立
整理,得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则
从而+=+
===1.
综上,+=1.
答案:2 1
9.顶点在原点,焦点在x轴上的抛物线截直线y=2x-4所得的弦长|AB|=3,求此抛物线方程.
解:设所求的抛物线方程为y2=ax(a≠0),A(x1,y1),B(x2,y2),把直线y=2x-4代入y2=ax,
得4x2-(a+16)x+16=0,
由Δ=(a+16)2-256>0,得a>0或a<-32.
又x1+x2=,x1x2=4,
所以|AB|=
= =3,
所以5=45,
所以a=4或a=-36.
故所求的抛物线方程为y2=4x或y2=-36x.
10.
如图,已知点F为抛物线E:y2=2px(p>0)的焦点,点A(2,m)在抛物线E上,且|AF|=3.
(1)求抛物线E的方程;
(2)已知点G(-1,0),延长AF交抛物线E于点B,证明:以点F为圆心且与直线GA相切的圆,必与直线GB相切.
解:(1)由抛物线的定义得|AF|=2+.
由|AF|=3,得2+=3,解得p=2.
所以抛物线E的方程为y2=4x.
(2)证明:因为点A(2,m)在抛物线E:y2=4x上,所以m=±2,由抛物线的对称性,
不妨设A(2,2).
由A(2,2),F(1,0)可得直线AF的方程为y=2(x-1).
由得2x2-5x+2=0,
解得x=2或x=,从而B.
又G(-1,0),所以kGA==,kGB==-,
所以kGA+kGB=0,从而∠AGF=∠BGF,这表明点F到直线GA,GB的距离相等,
故以F为圆心且与直线GA相切的圆,必与直线GB相切.
[B 综合应用]
11.(2022·陕西省咸阳市质检)已知点M(-3,2)是坐标平面内一定点,若抛物线y2=2x的焦点为F,点Q是该抛物线上的一动点,则|MQ|-|QF|的最小值是( )
A. B.3
C. D.2
解析:
选C.如图,抛物线的准线方程为x=-,过点Q作QQ′垂直准线于点Q′,|MQ|-|QF|=|MQ|-|QQ′|,显然当MQ∥x轴时,|MQ|-|QF|取得最小值,此时|MQ|-|QF|=|2+3|-=.
12.(多选)(2022·盐城市阜宁中学高二检测)已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,点P在抛物线的准线上,线段PF与抛物线交于点M,则下列判断正确的是( )
A.△OMF不可能是等边三角形
B.△OMF可能是等腰直角三角形
C.=1+
D.-|PF|=1
解析:选AC.若△OMF是等边三角形,则边长为1,且点M的横坐标为,纵坐标为±,此时|OM|==≠1,所以△OMF不可能是等边三角形,故A正确;
若△OMF是等腰直角三角形,则只可能是∠OMF=90°,|OM|=|FM|=,
所以|OM|2+|FM|2≠|OF|2,故B不正确;
过点M作准线的垂线交准线于点N,则|MF|=|MN|,==1+=1+=1+,故C正确,D不正确.
13.(多选)已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,准线为l,P为C上一点,PQ垂直于l且交l于点Q,M,N分别为PQ,PF的中点,MN与x轴相交于点R,若∠NRF=60°,则( )
A.∠FQP=60° B.|QM|=1
C.|FP|=4 D.|FR|=2
解析:
选ACD.如图,连接FQ,FM,因为M,N分别为PQ,PF的中点,所以MN∥FQ,又PQ∥x轴,∠NRF=60°,所以∠FQP=60°,由抛物线的定义知,|PQ|=|PF|,所以△FQP为等边三角形,则FM⊥PQ,|QM|=2,等边三角形FQP的边长为4,|FP|=|PQ|=4,|FN|=|PF|=2,则△FRN为等边三角形,所以|FR|=2.故选ACD.
14.(2022·江苏省如皋市高三调研)已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,过F的直线交抛物线C于A,B两点,以AF为直径的圆过点,则直线AB的斜率为________.
解析:由抛物线C:y2=4x可得焦点为F,设A,
由抛物线的定义可得=x1+=x1+1,
AF的中点为,
所以AF为直径的圆的方程为2+2=2,
因为以AF为直径的圆过点,
所以+=,可得y1=4,所以x1=4,
所以点A,
所以直线AB的斜率为=.
答案:
[C 素养提升]
15.(2022·湖南名校大联考)已知P为抛物线C:y=x2上一动点,直线l:y=2x-4与x轴、y轴交于M,N两点,点A(2,-4),且=λ+μ,则λ+μ的最小值为________.
解析:由题意得M(2,0),N(0,-4),设P(x,y),由=λ+μ得(x-2,y+4)=λ(0,4)+μ(-2,0).
所以x-2=-2μ,y+4=4λ.因此λ+μ=-=-+2=+≥,故λ+μ的最小值为.
答案:
16.(2021·高考全国卷甲)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.
(1)求C,⊙M的方程;
(2)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.
解:(1)由题意,直线x=1与C交于P,Q两点,且OP⊥OQ,设C的焦点为F,P在第一象限,
则根据抛物线的对称性,∠POF=∠QOF=45°,
所以P(1,1),Q(1,-1).
设C的方程为y2=2px(p>0),则1=2p,p=,
所以C的方程为y2=x.
由题意,圆心M(2,0)到l的距离即⊙M的半径,且距离为1,所以⊙M的方程为(x-2)2+y2=1.
(2)设A1(x1,y1),A2(x2,y2),A3(x3,y3),
当A1,A2,A3中有一个为坐标原点,另外两个点的横坐标均为3时,A1A2,A1A3均与⊙M相切,此时直线A2A3与⊙M相切.
当x1≠x2≠x3时,直线A1A2:x-(y1+y2)y+y1y2=0,
则=1,即(y-1)y+2y1y2+3-y=0,
同理可得(y-1)y+2y1y3+3-y=0,
所以y2,y3是方程(y-1)y2+2y1y+3-y=0的两个根,
则y2+y3=,y2y3=.
直线A2A3的方程为x-(y2+y3)y+y2y3=0,
设M到直线A2A3的距离为d(d>0),则d2=
==1,
即d=1,
所以直线A2A3与⊙M相切.
综上可得,直线A2A3与⊙M相切.
展开阅读全文