浙江专用版高考数学复习第九章平面解析几何9.7抛物线教师用书
浙江专用2018版高考数学复习第九章平面解析几何9.7抛物线教师用书本文简介:(浙江专用)2018版高考数学大一轮复习第九章平面解析几何9.7抛物线教师用书1.抛物线的概念平面内与一个定点F和一条定直线l(l不经过点F)的距离相等的点的轨迹叫做抛物线.点F叫做抛物线的焦点,直线l叫做抛物线的准线.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>
浙江专用2018版高考数学复习第九章平面解析几何9.7抛物线教师用书本文内容:
(浙江专用)2018版高考数学大一轮复习
第九章
平面解析几何
9.7
抛物线教师用书
1.抛物线的概念
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叫做抛物线.点F叫做抛物线的焦点,直线l叫做抛物线的准线.
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
O(0,0)
对称轴
y=0
x=0
焦点
F
F
F
F
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
【知识拓展】
1.抛物线y2=2px
(p>0)上一点P(x0,y0)到焦点F的距离|PF|=x0+,也称为抛物线的焦半径.
2.y2=ax的焦点坐标为,准线方程为x=-.
3.设AB是过抛物线y2=2px(p>0)焦点F的弦,
若A(x1,y1),B(x2,y2),则
(1)x1x2=,y1y2=-p2.
(2)弦长|AB|=x1+x2+p=(α为弦AB的倾斜角).
(3)以弦AB为直径的圆与准线相切.
(4)通径:过焦点垂直于对称轴的弦,长等于2p,通径是过焦点最短的弦.
【思考辨析】
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(,0),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)AB为抛物线y2=2px(p>0)的过焦点F(,0)的弦,若A(x1,y1),B(x2,y2),则x1x2=,y1y2=-p2,弦长|AB|=x1+x2+p.(
√
)
1.(2016·四川)抛物线y2=4x的焦点坐标是(
)
A.(0,2)
B.(0,1)
C.(2,0)
D.(1,0)
答案
D
解析
∵对于抛物线y2=ax,其焦点坐标为,
∴对于y2=4x,焦点坐标为(1,0).
2.(2016·金华一诊)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
答案
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.
3.设抛物线y2=8x的准线与x轴交于点Q,若过点Q的直线l与抛物线有公共点,则直线l的斜率的取值范围是(
)
A.
B.[-2,2]
C.[-1,1]
D.[-4,4]
答案
C
解析
Q(-2,0),设直线l的方程为y=k(x+2),代入抛物线方程,消去y整理得k2x2+(4k2-8)x+4k2=0,
由Δ=(4k2-8)2-4k2·4k2=***(1-k2)≥0,
解得-1≤k≤1.
4.(2016·合肥模拟)已知抛物线y2=2px(p>0)的准线与圆x2+y2-6x-7=0相切,则p的值为________.
答案
2
解析
抛物线y2=2px(p>0)的准线为x=-,
圆x2+y2-6x-7=0,即(x-3)2+y2=16,
则圆心为(3,0),半径为4.
又因为抛物线y2=2px(p>0)的准线与圆x2+y2-6x-7=0相切,
所以3+=4,解得p=2.
题型一
抛物线的定义及应用
例1
(1)已知F是抛物线y2=x的焦点,A,B是该抛物线上的两点,|AF|+|BF|=3,则线段AB的中点到y轴的距离为(
)
A.
B.1
C.
D.
(2)设P是抛物线y2=4x上的一个动点,若B(3,2),则|PB|+|PF|的最小值为________.
答案
(1)C
(2)4
解析
(1)∵|AF|+|BF|=xA+xB+=3,
∴xA+xB=,
∴线段AB的中点到y轴的距离为=.
(2)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.
引申探究
1.若将本例(2)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.
∵|PB|+|PF|的最小值即为B,F两点间的距离,
∴|PB|+|PF|≥|BF|=
==2,
即|PB|+|PF|的最小值为2.
2.若将本例(2)中的条件改为:已知抛物线方程为y2=4x,直线l的方程为x-y+5=0,在抛物线上有一动点P到y轴的距离为d1,到直线l的距离为d2,求d1+d2的最小值.
解
由题意知,抛物线的焦点为F(1,0).
点P到y轴的距离d1=|PF|-1,
所以d1+d2=d2+|PF|-1.
易知d2+|PF|的最小值为点F到直线l的距离,故d2+|PF|的最小值为=3,
所以d1+d2的最小值为3-1.
思维升华
与抛物线有关的最值问题,一般情况下都与抛物线的定义有关.由于抛物线的定义在运用上有较大的灵活性,因此此类问题也有一定的难度.“看到准线想焦点,看到焦点想准线”,这是解决抛物线焦点弦有关问题的重要途径.
设P是抛物线y2=4x上的一个动点,则点P到点A(-1,1)的距离与点P到直线x=-1的距离之和的最小值为________.
答案
解析
如图,易知抛物线的焦点为F(1,0),准线是x=-1,
由抛物线的定义知:点P到直线x=-1的距离等于点P到F的距离.
于是,问题转化为在抛物线上求一点P,
使点P到点A(-1,1)的距离与点P到F(1,0)的距离之和最小,
显然,连接AF与抛物线相交的点即为满足题意的点,
此时最小值为=.
题型二
抛物线的标准方程和几何性质
命题点1
求抛物线的标准方程
例2
已知双曲线C1:-=1(a>0,b>0)的离心率为2.若抛物线C2:x2=2py(p>0)的焦点到双曲线C1的渐近线的距离为2,则抛物线C2的方程为(
)
A.x2=y
B.x2=y
C.x2=8y
D.x2=16y
答案
D
解析
∵-=1的离心率为2,
∴=2,即==4,∴=3,=.
x2=2py(p>0)的焦点坐标为,-=1的渐近线方程为y=±x,即y=±x.由题意得=2,∴p=8.故C2的方程为x2=16y.
命题点2
抛物线的几何性质
例3
已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,A(x1,y1),B(x2,y2)是过F的直线与抛物线的两个交点,求证:
(1)y1y2=-p2,x1x2=;
(2)+为定值;
(3)以AB为直径的圆与抛物线的准线相切.
证明
(1)由已知得抛物线焦点坐标为(,0).
由题意可设直线方程为x=my+,代入y2=2px,
得y2=2p,即y2-2pmy-p2=0.(*)
则y1,y2是方程(*)的两个实数根,所以y1y2=-p2.
因为y=2px1,y=2px2,所以yy=4p2x1x2,
所以x1x2===.
(2)+=+
=.
因为x1x2=,x1+x2=|AB|-p,代入上式,
得+==(定值).
(3)设AB的中点为M(x0,y0),分别过A,B作准线的垂线,垂足为C,D,过M作准线的垂线,垂足为N,则|MN|=(|AC|+|BD|)=(|AF|+|BF|)=|AB|.
所以以AB为直径的圆与抛物线的准线相切.
思维升华
(1)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.
(2)在解决与抛物线的性质有关的问题时,要注意利用几何图形的形象、直观的特点来解题,特别是涉及焦点、顶点、准线的问题更是如此.
(1)(2016·全国乙卷)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
(2)(2016·昆明三中、玉溪一中统考)抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,已知点A、B为抛物线上的两个动点,且满足∠AFB=120°.过弦AB的中点M作抛物线准线的垂线MN,垂足为N,则的最大值为(
)
A.
B.1
C.
D.2
答案
(1)B
(2)A
解析
(1)不妨设抛物线C:y2=2px(p>0),则圆的方程可设为x2+y2=r2(r>0),如图,
又可设A(x0,2),,
点A(x0,2)在抛物线y2=2px上,∴8=2px0,①
点A(x0,2)在圆x2+y2=r2上,∴x+8=r2,②
点D在圆x2+y2=r2上,
∴5+2=r2,③
联立①②③,解得p=4,即C的焦点到准线的距离为p=4,故选B.
(2)设|AF|=a,|BF|=b,分别过A、B作准线的垂线,垂足分别为Q、P,
由抛物线的定义知,|AF|=|AQ|,|BF|=|BP|,
在梯形ABPQ中,2|MN|=|AQ|+|BP|=a+b.
|AB|2=a2+b2-2abcos
120°=a2+b2+ab=(a+b)2-ab.
又ab≤()2,
所以(a+b)2-ab≥(a+b)2-(a+b)2=(a+b)2,
得到|AB|≥(a+b),
所以≤=,
即的最大值为.
题型三
直线与抛物线的综合问题
命题点1
直线与抛物线的交点问题
例4
已知抛物线C:y2=8x与点M(-2,2),过C的焦点且斜率为k的直线与C交于A、B两点.若·=0,则k=________.
答案
2
解析
抛物线C的焦点为F(2,0),则直线方程为y=k(x-2),与抛物线方程联立,消去y化简得k2x2-(4k2+8)x+4k2=0.设点A(x1,y1),B(x2,y2).
则x1+x2=4+,x1x2=4.
所以y1+y2=k(x1+x2)-4k=,
y1y2=k2[x1x2-2(x1+x2)+4]=-16.
因为·=(x1+2,y1-2)·(x2+2,y2-2)=(x1+2)(x2+2)+(y1-2)(y2-2)=x1x2+2(x1+x2)+y1y2-2(y1+y2)+8=0,
将上面各个量代入,化简得k2-4k+4=0,所以k=2.
命题点2
与抛物线弦的中点有关的问题
例5
(2016·全国丙卷)已知抛物线C:y2=2x的焦点为F,平行于x轴的两条直线l1,l2分别交C于A,B两点,交C的准线于P,Q两点.
(1)若F在线段AB上,R是PQ的中点,证明:AR∥FQ;
(2)若△PQF的面积是△ABF的面积的两倍,求AB中点的轨迹方程.
(1)证明
由题意知,F,设l1:y=a,l2:y=b,则ab≠0,
且A,B,P,Q,
R.
记过A,B两点的直线为l,则l的方程为2x-(a+b)y+ab=0.
由于F在线段AB上,故1+ab=0.
记AR的斜率为k1,FQ的斜率为k2,则k1====-=-b==k2.
所以AR∥FQ.
(2)解
设过AB的直线为l,设l与x轴的交点为D(x1,0),
则S△ABF=|b-a||FD|=|b-a|,
S△PQF=.
由题意可得|b-a|=,所以x1=1,x1=0(舍去).
设满足条件的AB的中点为E(x,y).
当AB与x轴不垂直时,由kAB=kDE可得=(x≠1).而=y,所以y2=x-1(x≠1).
当AB与x轴垂直时,E与D重合,此时E点坐标为(1,0),
所以,所求轨迹方程为y2=x-1(x≠1).
思维升华
(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.
提醒:涉及弦的中点、斜率时一般用“点差法”求解.
(2016·天津模拟)已知抛物线y2=4x的焦点为F,直线l过点M(4,0).
(1)若点F到直线l的距离为,求直线l的斜率;
(2)设A,B为抛物线上两点,且AB不垂直于x轴,若线段AB的垂直平分线恰过点M,求证:线段AB中点的横坐标为定值.
(1)解
由已知,得x=4不合题意,
设直线l的方程为y=k(x-4),
由已知,得抛物线C的焦点坐标为(1,0),
因为点
F到直线l的距离为,
所以=,解得k=±,
所以直线l的斜率为±.
(2)证明
设线段AB中点的坐标为N(x0,y0),A(x1,y1),B(x2,y2),
因为AB不垂直于x轴,
则直线MN的斜率为,
直线AB的斜率为,
直线AB的方程为y-y0=(x-x0),
联立方程
消去x得(1-)y2-y0y+y+x0(x0-4)=0,
所以y1+y2=,因为N是AB中点,所以=y0,
即=y0,所以x0=2,
即线段AB中点的横坐标为定值2.
7.直线与圆锥曲线问题的求解策略
典例
(14分)已知抛物线C:y=mx2(m>0),焦点为F,直线2x-y+2=0交抛物线C于A,B两点,P是线段AB的中点,过P作x轴的垂线交抛物线C于点Q.
(1)求抛物线C的焦点坐标;
(2)若抛物线C上有一点R(xR,2)到焦点F的距离为3,求此时m的值;
(3)是否存在实数m,使△ABQ是以Q为直角顶点的直角三角形?若存在,求出m的值;若不存在,请说明理由.
思维点拨
(3)中证明·=0.
规范解答
解
(1)∵抛物线C:x2=y,∴它的焦点F(0,).[3分]
(2)∵|RF|=yR+,∴2+=3,得m=.[5分]
(3)存在,联立方程
消去y得mx2-2x-2=0,
依题意,有Δ=(-2)2-4×m×(-2)>0?m>-.[7分]
设A(x1,mx),B(x2,mx),则(*)
∵P是线段AB的中点,∴P(,),
即P(,yP),∴Q(,).[9分]
得=(x1-,mx-),=(x2-,mx-),
若存在实数m,使△ABQ是以Q为直角顶点的直角三角形,则·=0,
即(x1-)·(x2-)+(mx-)(mx-)=0,[12分]
结合(*)化简得--+4=0,
即2m2-3m-2=0,∴m=2或m=-,
而2∈(-,+∞),-?(-,+∞).
∴存在实数m=2,使△ABQ是以Q为直角顶点的直角三角形.[14分]
解决直线与圆锥曲线的位置关系的一般步骤
第一步:联立方程,得关于x或y的一元二次方程;
第二步:写出根与系数的关系,并求出Δ>0时参数范围(或指出直线过曲线内一点);
第三步:根据题目要求列出关于x1x2,x1+x2(或y1y2,y1+y2)的关系式,求得结果;
第四步:反思回顾,查看有无忽略特殊情况.
1.(2016·太原模拟)若抛物线y=ax2的焦点坐标是(0,1),则a等于(
)
A.1
B.
C.2
D.
答案
D
解析
因为抛物线的标准方程为x2=y,
所以其焦点坐标为(0,),则有=1,a=,
故选D.
2.(2016·浙江统一检测)已知抛物线C的顶点是原点O,焦点F在x轴的正半轴上,经过F的直线与抛物线C交于A、B两点,如果·=-12,那么抛物线C的方程为(
)
A.x2=8y
B.x2=4y
C.y2=8x
D.y2=4x
答案
C
解析
由题意,设抛物线方程为y2=2px(p>0),直线方程为x=my+,
联立消去x得y2-2pmy-p2=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=2pm,y1y2=-p2,
得·=x1x2+y1y2=(my1+)·(my2+)+y1y2=m2y1y2+(y1+y2)++y1y2=-p2=-12?p=4,
即抛物线C的方程为y2=8x.
3.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=-1
C.x=2
D.x=-2
答案
B
解析
∵y2=2px(p>0)的焦点坐标为(,0),
∴过焦点且斜率为1的直线方程为y=x-,
即x=y+,将其代入y2=2px,得y2=2py+p2,
即y2-2py-p2=0.设A(x1,y1),B(x2,y2),
则y1+y2=2p,∴=p=2,
∴抛物线的方程为y2=4x,其准线方程为x=-1.
4.(2016·绵阳模拟)已知直线l1:4x-3y+6=0和直线l2:x=-1,抛物线y2=4x上一动点P到直线l1和l2的距离之和的最小值为(
)
A.
B.
C.3
D.2
答案
D
解析
直线l2:x=-1是抛物线y2=4x的准线,
抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),
则点P到直线l2:x=-1的距离等于|PF|,
过点F作直线l1:4x-3y+6=0的垂线,
和抛物线的交点就是点P,
所以点P到直线l1:4x-3y+6=0的距离和直线l2:x=-1的距离之和的最小值就是点F(1,0)到直线l1:4x-3y+6=0的距离,
所以最小值为=2,故选D.
5.(2016·九江一模)过抛物线y2=8x的焦点F的直线交抛物线于A,B两点,交抛物线的准线于点C,若|AF|=6,=λ,则λ的值为(
)
A.
B.
C.
D.3
答案
D
解析
设A(x1,y1)(y1>0),B(x2,y2),C(-2,y3),
则x1+2=6,解得x1=4,则y1=4,
则直线AB的方程为y=2(x-2),令x=-2,
得C(-2,-8),联立
解得或
则B(1,-2),∴|BF|=1+2=3,|BC|=9,
∴λ=3,故选D.6.(2016·济南模拟)已知直线y=k(x+2)(k>0)与抛物线C:y2=8x相交于A,B两点,F为C的焦点,若|FA|=2|FB|,则k的值为(
)
A.
B.
C.
D.
答案
C
解析
抛物线C的准线为l:x=-2,
直线y=k(x+2)恒过定点P(-2,0),
如图,过A,B分别作AM⊥l于M,
BN⊥l于N,由|FA|=2|FB|,得|AM|=2|BN|,
从而点B为AP的中点,连接OB,
则|OB|=|AF|,所以|OB|=|BF|,
从而点B的横坐标为1,点B的坐标为(1,2),
所以k==,故选C.
7.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|=________.
答案
12
解析
焦点F的坐标为,
方法一
直线AB的斜率为,
所以直线AB的方程为y=,
即y=x-,代入y2=3x,得x2-x+=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=,
所以|AB|=x1+x2+p=+=12.
方法二
由抛物线焦点弦的性质可得
|AB|===12.
8.已知抛物线C:y2=2px(p>0)的准线为l,过M(1,0)且斜率为的直线与l相交于点A,与C的一个交点为B,若=,则p=________.
答案
2
解析
如图,
由AB的斜率为,
知∠α=60°,又=,
∴M为AB的中点.
过点B作BP垂直准线l于点P,
则∠ABP=60°,∴∠BAP=30°,
∴|BP|=|AB|=|BM|.
∴M为焦点,即=1,∴p=2.
9.已知椭圆E的中心在坐标原点,离心率为,E的右焦点与抛物线C:y2=8x的焦点重合,A,B是C的准线与E的两个交点,则|AB|=________.
答案
6
解析
抛物线y2=8x的焦点为(2,0),
准线方程为x=-2.
设椭圆方程为+=1(a>b>0),
由题意,c=2,=,
可得a=4,b2=16-4=12.
故椭圆方程为+=1.
把x=-2代入椭圆方程,解得y=±3.
从而|AB|=6.10.设直线l与抛物线y2=4x相交于A,B两点,与圆(x-5)2+y2=r2(r>0)相切于点M,且M为线段AB的中点.若这样的直线l恰有4条,则r的取值范围是________________.
答案
(2,4)
解析
如图,设A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),
则
两式相减得,(y1+y2)(y1-y2)=4(x1-x2).
当l的斜率k不存在时,符合条件的直线l必有两条.
当k存在时,x1≠x2,
则有·=2,
又y1+y2=2y0,所以y0k=2.
由CM⊥AB,得k·=-1,
即y0k=5-x0,因此2=5-x0,x0=3,
即M必在直线x=3上.将x=3代入y2=4x,
得y2=12,则有-20)得x2-2pkx+6p=0,
Δ=4p2k2-4×6p=0,即pk2=6.
∵点F(0,),点F到切线l的距离d==2,
化简得(p+6)2=16(k2+1),
∴(p+6)2=16(+1)=,
∵p>0,∴p+6>0,
得p2+6p-16=(p+8)(p-2)=0,∴p=2,
因此抛物线E的方程为x2=4y.
(2)已知直线AB不会与坐标轴平行,
设直线AB:y-y1=k(x-x1)(k>0),B(xB,yB),
联立抛物线方程得x2-2pkx+2p(kx1-y1)=0,
则x1+xB=2pk,
则xB=2pk-x1,同理可得xC=--x1.
∵|AB|=|AC|?|xB-x1|=|xC-x1|
?k(xB-x1)=x1-xC?x1=,
∴|AB|=|xB-x1|=(2pk-2x1)
=2p.
∵≥2,=
≥
=(当且仅当k=1时等号成立),
故|AB|≥2p,△ABC面积的最小值为8p2.13.如图,由部分抛物线:y2=mx+1(m>0,x≥0)和半圆x2+y2=r2(x≤0)所组成的曲线称为“黄金抛物线C”,若“黄金抛物线C”经过点(3,2)和(-,).
(1)求“黄金抛物线C”的方程;
(2)设P(0,1)和Q(0,-1),过点P作直线l与“黄金抛物线C”相交于A,P,B三点,问是否存在这样的直线l,使得QP平分∠AQB?若存在,求出直线l的方程;若不存在,说明理由.
解
(1)∵“黄金抛物线C”过点(3,2)和(-,),
∴r2=(-)2+()2=1,4=3m+1,∴m=1.
∴“黄金抛物线C”的方程为y2=x+1(x≥0)和x2+y2=1(x≤0).
(2)假设存在这样的直线l,使得QP平分∠AQB,显然直线l的斜率存在且不为0,
设直线l:y=kx+1,联立消去y,
得k2x2+(2k-1)x=0,∴xB=,yB=,
即B(,),
∴kBQ=,
联立消去y,得(k2+1)x2+2kx=0,
∴xA=-,yA=,即A(-,),
∴kAQ=-,
∵QP平分∠AQB,∴kAQ+kBQ=0,
∴-=0,解得k=-1±,
由图形可得k=-1-应舍去,∴k=-1,
∴存在直线l:y=(-1)x+1,使得QP平分∠AQB.