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设直线l经过抛物线的焦点F,且与抛物线C交于A、B两点(直线AB的倾斜角为a),设A(x1,y1),B(x2,y2),0为坐标原点,准线方程为:x=,则关于抛物线C的焦点弦有以下九条常用的性质:
(8)以AB为直径的圆与准线相切:
(9)以AF、BF为直径的圆都与y轴相切。
以下运用上面焦点弦的性质来破解一些比较经典的焦点弦问题。
例1(2018年高考全国II卷理科第19题)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与抛物线C交于A、B两点,且|AB|=8。
(1)求直线l的方程:
(2)求过点A、B且与抛物线C的准线相切的圆的方程。
解析:(1)解法1:由题意得点F的坐标为(1,0),直线l的方程为y=k(x-1)(k>0)。
设AB的中点的坐标为(x0,y0),由中点坐标公式可得,。
所以y0=x0-1=2,直线AB的垂直平分线的方程为y=-x+5。
评注:第一问中的解法1将直线方程与抛物线方程联立消元后,再运用了抛物线的焦点弦公式,最后解出k的值,得出直线的方程。解法2运用了弦长公式
这个公式只适用于抛物线y2=2px(p>0)的焦点弦问题。第二问要求圆的方程,首先要确定圆心坐标与半径,线段AB为所求圆的弦,根据弦AB的垂直平分线经过圆心,再根据垂径定理,直线与圆相交时,|AB|=,其中r为圆的半径,d为圆心到直线的距离,解方程可得出圆心坐标和半径长。
例2设F为抛物线C:y2=4x的焦点,过F且倾斜角为30°的直线交抛物线C于A、B两点,O为坐标原点,则△AOB的面积为____。
解析:由题设可得,p=2,所以。
因此,△AOB的面积为4。
评注:本题属于小题,可直接运用抛物线的焦点弦的性质,得出所求三角形的面积,思路简单明了。
例3设抛物线C:y2=4x的焦点为F,直线l过F且与抛物线C交于A、B两点,若|AF|=(3+2/2)|BF|,则直线l的方程为____。
解析:设直线AB的倾斜角为θ,由题意知p=2,F(1,0)
评注:本题运用了抛物线焦点弦的两条性质,通过解方程最终得出直线的斜率,以及直线的方程。
例4(2018年全国II卷理科第16题)已知点M(-1,1)和拋物线C:y2=4x,过抛物线C的焦点且斜率为k的直线与抛物线C交于A,B两点。若∠AMB=90°,则k=____。
解析:记抛物线的焦点为F,由题设可得F(1,0),kFM=
因为∠AMB=90°,则以AB为直径的圆与准线相切于点M。
由抛物线的性质可知MF⊥AB,所以
评注:本题属于小题,可直接运用抛物线性质的二级结论:以抛物线的焦点弦为直径的圆与抛物线的准线相切,解法简单明了,减少了运算量。
例5设抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,点E在抛物线C上,|EF|=4,若以EF为直径的圆过点(O,/3),则抛物线C的方程为____。
解析:由抛物线的性质可得,以EF为直径的圆与y轴相切,且切点坐标为(0,/3)。因为F(,0),可设E(x0,y0),|EF|=,所以x0=。
所以抛物线C的方程为
评注:本题的解答中先运用了抛物线的焦点弦性质,再通过解一元二次方程,最终得出抛物线的方程,减少了运算量。
例6已知F为抛物線的焦点,过F作两条互相垂直的直线lr,l2,直线ly与抛物线C交于A,B两点,直线l2与抛物线C交于D,E两点,则以线段AB和线段DE为两条对角线的四边形的面积的最小值为____。
解析:设直线ly的倾斜角为a,则
所以,以线段AB和线段DE为两条对角线的四边形的面积为:
求四边形的面积取得最小值32。
评注:本题设出直线的倾斜角,先运用了抛物线的焦点弦公式,再利用三角函数的知识解出所求四边形的最小面积。
例7已知F为抛物线的焦点,E为其准线与x轴的交点,过F的直线交抛物线C于A,B两点,M为线段AB的中点,且|ME|=,则|AB|=____。
解析:由题设可知E(-1,0),F(1,0),设A(x1,y1),B(x2,y2)。
则中点M的坐标为
设直线AB的斜率为k,则直线AB的方程为y=k(x-1)。
由焦点弦公式知|AB|=x1+x2+p=2+2+2=6。
评注:先设出两个交点的坐标,运用中点坐标公式,再将直线方程和抛物线方程联立,利用设而不求的思想,得出两根之和,建立关于k的方程,解出k”,运用抛物线的焦点弦公式和整体代换的思想,最终得出抛物线的焦点弦长。
(8)以AB为直径的圆与准线相切:
(9)以AF、BF为直径的圆都与y轴相切。
以下运用上面焦点弦的性质来破解一些比较经典的焦点弦问题。
例1(2018年高考全国II卷理科第19题)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与抛物线C交于A、B两点,且|AB|=8。
(1)求直线l的方程:
(2)求过点A、B且与抛物线C的准线相切的圆的方程。
解析:(1)解法1:由题意得点F的坐标为(1,0),直线l的方程为y=k(x-1)(k>0)。
设AB的中点的坐标为(x0,y0),由中点坐标公式可得,。
所以y0=x0-1=2,直线AB的垂直平分线的方程为y=-x+5。
评注:第一问中的解法1将直线方程与抛物线方程联立消元后,再运用了抛物线的焦点弦公式,最后解出k的值,得出直线的方程。解法2运用了弦长公式
这个公式只适用于抛物线y2=2px(p>0)的焦点弦问题。第二问要求圆的方程,首先要确定圆心坐标与半径,线段AB为所求圆的弦,根据弦AB的垂直平分线经过圆心,再根据垂径定理,直线与圆相交时,|AB|=,其中r为圆的半径,d为圆心到直线的距离,解方程可得出圆心坐标和半径长。
例2设F为抛物线C:y2=4x的焦点,过F且倾斜角为30°的直线交抛物线C于A、B两点,O为坐标原点,则△AOB的面积为____。
解析:由题设可得,p=2,所以。
因此,△AOB的面积为4。
评注:本题属于小题,可直接运用抛物线的焦点弦的性质,得出所求三角形的面积,思路简单明了。
例3设抛物线C:y2=4x的焦点为F,直线l过F且与抛物线C交于A、B两点,若|AF|=(3+2/2)|BF|,则直线l的方程为____。
解析:设直线AB的倾斜角为θ,由题意知p=2,F(1,0)
评注:本题运用了抛物线焦点弦的两条性质,通过解方程最终得出直线的斜率,以及直线的方程。
例4(2018年全国II卷理科第16题)已知点M(-1,1)和拋物线C:y2=4x,过抛物线C的焦点且斜率为k的直线与抛物线C交于A,B两点。若∠AMB=90°,则k=____。
解析:记抛物线的焦点为F,由题设可得F(1,0),kFM=
因为∠AMB=90°,则以AB为直径的圆与准线相切于点M。
由抛物线的性质可知MF⊥AB,所以
评注:本题属于小题,可直接运用抛物线性质的二级结论:以抛物线的焦点弦为直径的圆与抛物线的准线相切,解法简单明了,减少了运算量。
例5设抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,点E在抛物线C上,|EF|=4,若以EF为直径的圆过点(O,/3),则抛物线C的方程为____。
解析:由抛物线的性质可得,以EF为直径的圆与y轴相切,且切点坐标为(0,/3)。因为F(,0),可设E(x0,y0),|EF|=,所以x0=。
所以抛物线C的方程为
评注:本题的解答中先运用了抛物线的焦点弦性质,再通过解一元二次方程,最终得出抛物线的方程,减少了运算量。
例6已知F为抛物線的焦点,过F作两条互相垂直的直线lr,l2,直线ly与抛物线C交于A,B两点,直线l2与抛物线C交于D,E两点,则以线段AB和线段DE为两条对角线的四边形的面积的最小值为____。
解析:设直线ly的倾斜角为a,则
所以,以线段AB和线段DE为两条对角线的四边形的面积为:
求四边形的面积取得最小值32。
评注:本题设出直线的倾斜角,先运用了抛物线的焦点弦公式,再利用三角函数的知识解出所求四边形的最小面积。
例7已知F为抛物线的焦点,E为其准线与x轴的交点,过F的直线交抛物线C于A,B两点,M为线段AB的中点,且|ME|=,则|AB|=____。
解析:由题设可知E(-1,0),F(1,0),设A(x1,y1),B(x2,y2)。
则中点M的坐标为
设直线AB的斜率为k,则直线AB的方程为y=k(x-1)。
由焦点弦公式知|AB|=x1+x2+p=2+2+2=6。
评注:先设出两个交点的坐标,运用中点坐标公式,再将直线方程和抛物线方程联立,利用设而不求的思想,得出两根之和,建立关于k的方程,解出k”,运用抛物线的焦点弦公式和整体代换的思想,最终得出抛物线的焦点弦长。