學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.掌握拋物線的幾何性質(zhì).2.會利用拋物線的性質(zhì)解決一些簡單的拋物線問題.
導(dǎo)語
在上一節(jié)中,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了拋物線的定義及其標(biāo)準(zhǔn)方程,這一節(jié)我們利用方程研究拋物線的幾何性質(zhì).
一、拋物線的幾何性質(zhì)
問題1 類比用方程研究橢圓、雙曲線幾何性質(zhì)的過程與方法,
你認為應(yīng)研究拋物線y2=2px(p>0)的哪些幾何性質(zhì),如何研究這些性質(zhì)?
提示 1.范圍
當(dāng)x>0時,拋物線y2=2px(p>0)在y軸的右側(cè),開口向右,這條拋物線上的任意一點M 的坐標(biāo)(x,y)的橫坐標(biāo)滿足不等式x≥0;當(dāng)x 的值增大時,|y|的值也增大,這說明拋物線向右上方和右下方無限延伸.拋物線是無界曲線.
2.對稱性
觀察圖象,不難發(fā)現(xiàn),拋物線 y2 = 2px (p>0)關(guān)于 x 軸對稱,我們把拋物線的對稱軸叫做拋物線的軸.拋物線只有一條對稱軸.
3.頂點
拋物線和它的軸的交點叫做拋物線的頂點.拋物線的頂點坐標(biāo)是坐標(biāo)原點 (0,0).
4.離心率
拋物線上的點M到焦點的距離和它到準(zhǔn)線的距離的比,叫做拋物線的離心率.用e表示,e=1.
知識梳理
注意點:
只有焦點在坐標(biāo)軸上,頂點是原點的拋物線的方程才是標(biāo)準(zhǔn)方程.
例1 拋物線的頂點在原點,對稱軸重合于橢圓9x2+4y2=36短軸所在的直線,拋物線焦點到頂點的距離為3,求拋物線的方程及拋物線的準(zhǔn)線方程.
解 橢圓的方程可化為eq \f(x2,4)+eq \f(y2,9)=1,其短軸在x軸上,
∴拋物線的對稱軸為x軸,
∴設(shè)拋物線的方程為y2=2px(p>0)或y2=-2px(p>0).
∵拋物線的焦點到頂點的距離為3,
即eq \f(p,2)=3,∴p=6,
∴拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程為y2=12x或y2=-12x,
其準(zhǔn)線方程分別為x=-3和x=3.
反思感悟 把握三個要點確定拋物線的簡單幾何性質(zhì)
(1)開口:由拋物線標(biāo)準(zhǔn)方程看圖象開口,關(guān)鍵是看準(zhǔn)一次項是x還是y,一次項的系數(shù)是正還是負.
(2)關(guān)系:頂點位于焦點與準(zhǔn)線中間,準(zhǔn)線垂直于對稱軸.
(3)定值:焦點到準(zhǔn)線的距離為p;過焦點垂直于對稱軸的弦(又稱為通徑)長為2p;離心率恒等于1.
跟蹤訓(xùn)練1 邊長為1的等邊三角形AOB,O為坐標(biāo)原點,AB⊥x軸,以O(shè)為頂點且過A,B的拋物線方程是( )
A.y2=eq \f(\r(3),6)x B.y2=-eq \f(\r(3),3)x
C.y2=±eq \f(\r(3),6)x D.y2=±eq \f(\r(3),3)x
答案 C
解析 設(shè)拋物線方程為y2=ax(a≠0).
又Aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(±\f(\r(3),2),\f(1,2)))(取點A在x軸上方),
則有eq \f(1,4)=±eq \f(\r(3),2)a,
解得a=±eq \f(\r(3),6),
所以拋物線方程為y2=±eq \f(\r(3),6)x.
二、拋物線的幾何性質(zhì)的應(yīng)用
例2 (1)已知正三角形AOB的一個頂點O位于坐標(biāo)原點,另外兩個頂點A,B在拋物線y2=2px(p>0)上,求這個三角形的邊長.
解 如圖所示,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則yeq \\al(2,1)=2px1,yeq \\al(2,2)=2px2.
又|OA|=|OB|,
所以xeq \\al(2,1)+yeq \\al(2,1)=xeq \\al(2,2)+yeq \\al(2,2),
即xeq \\al(2,1)-xeq \\al(2,2)+2px1-2px2=0,
整理得(x1-x2)(x1+x2+2p)=0.
因為x1>0,x2>0,2p>0,
所以x1=x2,由此可得|y1|=|y2|,
即線段AB關(guān)于x軸對稱,
由此得∠AOx=30°,
所以y1=eq \f(\r(3),3)x1,與yeq \\al(2,1)=2px1聯(lián)立,
解得y1=2eq \r(3)p.
所以|AB|=2y1=4eq \r(3)p,
即這個三角形的邊長為4eq \r(3)p.
(2)已知A,B是拋物線y2=2px(p>0)上兩點,O為坐標(biāo)原點,若|OA|=|OB|,且△AOB的垂心恰是此拋物線的焦點,求直線AB的方程.
解 如圖,設(shè)點A(x0,y0),
由題意可知點B(x0,-y0),
∵Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(p,2),0))是△AOB的垂心,
∴AF⊥OB,∴kAF·kOB=-1,
即eq \f(y0,x0-\f(p,2))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(y0,x0)))=-1.
∴yeq \\al(2,0)=x0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x0-\f(p,2))),
又∵yeq \\al(2,0)=2px0,
∴x0=2p+eq \f(p,2)=eq \f(5p,2).
∴直線AB的方程為x=eq \f(5p,2).
反思感悟 利用拋物線的性質(zhì)可以解決的問題
(1)對稱性:解決拋物線的內(nèi)接三角形問題.
(2)焦點、準(zhǔn)線:解決與拋物線的定義有關(guān)的問題.
(3)范圍:解決與拋物線有關(guān)的最值問題.
(4)焦點弦:解決焦點弦問題.
跟蹤訓(xùn)練2 (1)(多選)設(shè)拋物線C:y2=2px(p>0)的焦點為F,點M在拋物線C上,|MF|=5,若y軸上存在點A(0,2),使得eq \(AM,\s\up6(→))·eq \(AF,\s\up6(→))=0,則p的值可以為( )
A.2 B.4 C.6 D.8
答案 AD
解析 由題意可得,以MF為直徑的圓過點(0,2),
設(shè)點M(x,y),由拋物線定義知|MF|=x+eq \f(p,2)=5,可得x=5-eq \f(p,2).
因為圓心是MF的中點,
所以根據(jù)中點坐標(biāo)公式可得,
圓心橫坐標(biāo)為eq \f(5-\f(p,2)+\f(p,2),2)=eq \f(5,2),
由已知可知圓半徑也為eq \f(5,2),
據(jù)此可知該圓與y軸相切于點A(0,2),
故圓心縱坐標(biāo)為2,則M點縱坐標(biāo)為4,
即點Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(5-\f(p,2),4)),
代入拋物線方程得p2-10p+16=0,
所以p=2或p=8.
(2)拋物線y2=4x的焦點為F,準(zhǔn)線為l,點A是拋物線上一點,且∠AFO=120°(O為坐標(biāo)原點),AK⊥l,垂足為K,則△AKF的面積是________.
答案 4eq \r(3)
解析 由拋物線方程可知F(1,0),準(zhǔn)線l的方程為x=-1.如圖,設(shè)A(x0,y0),過A作AH⊥x軸于H,
在Rt△AFH中,|FH|=x0-1,
由∠AFO=120°得∠AFH=60°,故y0=|AH|=eq \r(3)(x0-1),
所以點A的坐標(biāo)為(x0,eq \r(3)(x0-1)),將此代入拋物線方程可得3xeq \\al(2,0)-10x0+3=0,
解得x0=3或x0=eq \f(1,3)(舍),
所以點A的坐標(biāo)為(3,2eq \r(3)),
故S△AKF=eq \f(1,2)×(3+1)×2eq \r(3)=4eq \r(3).
1.知識清單:
(1)拋物線的幾何性質(zhì).
(2)拋物線的幾何性質(zhì)的應(yīng)用.
2.方法歸納:待定系數(shù)法.
3.常見誤區(qū):求拋物線方程時焦點的位置易判斷失誤.
1.對拋物線y=4x2,下列描述正確的是( )
A.開口向上,焦點為(0,1)
B.開口向上,焦點為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,16)))
C.開口向右,焦點為(1,0)
D.開口向右,焦點為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,16),0))
答案 B
解析 由拋物線y=4x2,
得拋物線標(biāo)準(zhǔn)式為eq \f(y,4)=x2,2p=eq \f(1,4),
故焦點在y軸上,開口向上,焦點坐標(biāo)為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,16))).
2. (多選)以y軸為對稱軸的拋物線的通徑(過焦點且與對稱軸垂直的弦)長為8,若拋物線的頂點在坐標(biāo)原點,則其方程為( )
A.y2=8x B.y2=-8x
C.x2=8y D.x2=-8y
答案 CD
解析 設(shè)拋物線方程為x2=2py或x2=-2py(p>0),2p=8,p=4.
∴拋物線方程為x2=8y或x2=-8y.
3.若拋物線y2=x上一點P到準(zhǔn)線的距離等于它到頂點的距離,則點P的坐標(biāo)為( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4),±\f(\r(2),4))) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,8),±\f(\r(2),4)))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4),\f(\r(2),4))) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,8),\f(\r(2),4)))
答案 B
解析 設(shè)拋物線的焦點為F,原點為O,P(x0,y0),由條件及拋物線的定義知,|PF|=|PO|,又Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4),0)),所以x0=eq \f(1,8),所以yeq \\al(2,0)=eq \f(1,8),所以y0=±eq \f(\r(2),4).
4.已知拋物線y2=2px(p>0),直線x=m與拋物線交于A(x1,y1),B(x2,y2)兩點,則y1+y2=________.
答案 0
解析 因為拋物線y2=2px(p>0)關(guān)于x軸對稱,x=m與x軸垂直,故y1=-y2,
即y1+y2=0.
課時對點練
1.若拋物線y2=2x上有兩點A,B且AB垂直于x軸,若|AB|=2eq \r(2),則拋物線的焦點到直線AB的距離為( )
A.eq \f(1,2) B.eq \f(1,4) C.eq \f(1,6) D.eq \f(1,8)
答案 A
解析 由題意知,線段AB所在的直線方程為x=1,
拋物線的焦點坐標(biāo)為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),0)),
則焦點到直線AB的距離為1-eq \f(1,2)=eq \f(1,2).
2.以坐標(biāo)軸為對稱軸,以原點為頂點且過圓x2+y2-2x+6y+9=0的圓心的拋物線的方程是( )
A.y=3x2或y=-3x2 B.y=3x2
C.y2=-9x或y=3x2 D.y=-3x2或y2=9x
答案 D
解析 圓的方程可化為(x-1)2+(y+3)2=1,圓心為(1,-3),由題意可設(shè)拋物線方程為y2=2px(p>0)或x2=-2py(p>0).把(1,-3)代入得9=2p或1=6p,
所以p=eq \f(9,2)或p=eq \f(1,6),所以y2=9x或x2=-eq \f(1,3)y.
3.若雙曲線eq \f(x2,3)-eq \f(16y2,p2)=1(p>0)的左焦點在拋物線y2=2px的準(zhǔn)線上,則p的值為( )
A.2 B.3
C.4 D.4eq \r(2)
答案 C
解析 雙曲線的方程可化為eq \f(x2,3)-eq \f(y2,\f(p2,16))=1,∴雙曲線的左焦點為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\r(3+\f(p2,16)),0)).
又∵拋物線的準(zhǔn)線為x=-eq \f(p,2),由題意得-eq \r(3+\f(p2,16))=-eq \f(p,2),解得p=4.
4.若拋物線y2=4x上一點P到x軸的距離為2eq \r(3),則點P到拋物線的焦點F的距離為( )
A.4 B.5 C.6 D.7
答案 A
解析 由題意,知拋物線y2=4x的準(zhǔn)線方程為x=-1,
∵拋物線y2=4x上一點P到x軸的距離為2eq \r(3),
則P(3,±2eq \r(3)),
∴點P到拋物線的準(zhǔn)線的距離為3+1=4,
∴點P到拋物線的焦點F的距離為4.
5.已知拋物線y2=2px(p>0)的準(zhǔn)線與曲線x2+y2-4x-5=0相切,則p的值為( )
A.2 B.1 C.eq \f(1,2) D.eq \f(1,4)
答案 A
解析 曲線的方程可化為(x-2)2+y2=9,
其表示圓心為(2,0),半徑為3的圓,
又拋物線的準(zhǔn)線方程為x=-eq \f(p,2),
∴由拋物線的準(zhǔn)線與圓相切得2+eq \f(p,2)=3,解得p=2.
6.(多選)點M(1,1)到拋物線y=ax2的準(zhǔn)線的距離為2,則a的值可以為( )
A.eq \f(1,4) B.-eq \f(1,12) C.eq \f(1,12) D.-eq \f(1,4)
答案 AB
解析 拋物線y=ax2的準(zhǔn)線方程為y=-eq \f(1,4a),
因為點M(1,1)到拋物線y=ax2的準(zhǔn)線的距離為2,
所以eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(1+\f(1,4a)))=2,解得a=eq \f(1,4)或a=-eq \f(1,12).
7.已知點A(-2,3)在拋物線C:y2=2px(p>0)的準(zhǔn)線上,記拋物線C的焦點為F,則直線AF的斜率為________.
答案 -eq \f(3,4)
解析 ∵點A(-2,3)在拋物線C的準(zhǔn)線上,
∴eq \f(p,2)=2,∴p=4.
∴拋物線的方程為y2=8x,則焦點F的坐標(biāo)為(2,0).
又A(-2,3),根據(jù)斜率公式得kAF=eq \f(0-3,2+2)=-eq \f(3,4).
8.已知F是拋物線C:y2=8x的焦點,M是C上一點,F(xiàn)M的延長線交y軸于點N.若M是FN的中點,則|FN|=________.
答案 6
解析 如圖,過點M作MM′⊥y軸,垂足為M′,|OF|=2,
∵M為FN的中點,|MM′|=1,
∴M到準(zhǔn)線距離d=|MM′|+eq \f(p,2)=3,
∴|MF|=3,∴|FN|=6.
9.若拋物線的頂點在原點,開口向上,F(xiàn)為焦點,M為準(zhǔn)線與y軸的交點,A為拋物線上一點,且|AM|=eq \r(17),|AF|=3,求此拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程.
解 設(shè)所求拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程為x2=2py(p>0),
設(shè)A(x0,y0),由題意知Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,-\f(p,2))).
因為|AF|=3,所以y0+eq \f(p,2)=3,
因為|AM|=eq \r(17),所以xeq \\al(2,0)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(y0+\f(p,2)))2=17,
所以xeq \\al(2,0)=8,代入方程xeq \\al(2,0)=2py0得,
8=2peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(3-\f(p,2))),解得p=2或p=4.
所以所求拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程為x2=4y或x2=8y.
10.已知拋物線C的頂點在原點,焦點F在x軸的正半軸上,設(shè)A,B是拋物線C上的兩個動點(AB不垂直于x軸),且|AF|+|BF|=8,線段AB的垂直平分線恒經(jīng)過點Q(6,0),求拋物線的方程.
解 設(shè)拋物線的方程為y2=2px(p>0),
則其準(zhǔn)線方程為x=-eq \f(p,2).設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
∵|AF|+|BF|=8,
∴x1+eq \f(p,2)+x2+eq \f(p,2)=8,即x1+x2=8-p.
∵Q(6,0)在線段AB的中垂線上,
∴|QA|=|QB|,
即eq \r(?6-x1?2+?-y1?2)=eq \r(?6-x2?2+?-y2?2),
又yeq \\al(2,1)=2px1,yeq \\al(2,2)=2px2,
∴(x1-x2)(x1+x2-12+2p)=0.
∵AB與x軸不垂直,∴x1≠x2.
故x1+x2-12+2p=8-p-12+2p=0,即p=4.
從而拋物線方程為y2=8x.
11.設(shè)O為坐標(biāo)原點,F(xiàn)為拋物線y2=4x的焦點,A是拋物線上一點,若eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(AF,\s\up6(→))=-4,則點A的坐標(biāo)是( )
A.(2,±2eq \r(2)) B.(1,±2)
C.(1,2) D.(2,2eq \r(2))
答案 B
解析 由題意知F(1,0),設(shè)Aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(y\\al(2,0),4),y0)),則eq \(OA,\s\up6(→))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(y\\al(2,0),4),y0)),eq \(AF,\s\up6(→))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(y\\al(2,0),4),-y0)),由eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(AF,\s\up6(→))=-4得y0=±2,∴點A的坐標(biāo)為(1,±2).
12.已知P是拋物線C:y2=2px(p>0)上的一點,F(xiàn)是拋物線C的焦點,O為坐標(biāo)原點,若|PF|=2,∠PFO=eq \f(π,3),則拋物線C的方程為( )
A.y2=6x B.y2=2x
C.y2=x D.y2=4x
答案 A
解析 過P向x軸作垂線,設(shè)垂足為Q,
∵∠PFO=eq \f(π,3),|PF|=2,
∴|PQ|=eq \r(3),|QF|=1,Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(p,2)-1,±\r(3))),
將P點的坐標(biāo)代入y2=2px,得p=3,故C的方程為y2=6x.
13.已知拋物線y2=2px(p>0)的焦點為F,O為坐標(biāo)原點,M為拋物線上一點,且|MF|=4|OF|,△MFO 的面積為4eq \r(3),則拋物線方程為( )
A.y2=6x B.y2=8x
C.y2=16x D.y2=eq \f(15,2)x
答案 B
解析 設(shè)M(x1,y1),
則由|MF|=4|OF|得x1+eq \f(p,2)=4×eq \f(p,2),
即x1=eq \f(3,2)p,則yeq \\al(2,1)=3p2,
則|y1|=eq \r(3)p,則S△OMF=eq \f(1,2)×eq \f(p,2)×eq \r(3)p=4eq \r(3),解得p=4,即拋物線的方程為y2=8x.
14.拋物線x2=2py(p>0)的焦點為F,其準(zhǔn)線與雙曲線eq \f(x2,3)-eq \f(y2,3)=1相交于A,B兩點,若△ABF為等邊三角形,則p=__________.
答案 6
解析 拋物線的焦點坐標(biāo)為Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(p,2))),準(zhǔn)線方程為y=-eq \f(p,2).
將y=-eq \f(p,2)代入eq \f(x2,3)-eq \f(y2,3)=1得|x|=eq \r(3+\f(p2,4)).要使△ABF為等邊三角形,則tan eq \f(π,6)=eq \f(|x|,p)=eq \f(\r(3+\f(p2,4)),p)=eq \f(\r(3),3),解得p2=36,p=6.
15.如圖,已知P為拋物線y2=4x上的動點,過P分別作y軸與直線x-y+4=0的垂線,垂足分別為A,B,則|PA|+|PB|的最小值為________.
答案 eq \f(5,2)eq \r(2)-1
解析 拋物線的準(zhǔn)線方程是x=-1,
又根據(jù)拋物線的幾何性質(zhì)知,
拋物線上的點到焦點的距離等于其到準(zhǔn)線的距離,
所以|PA|+|PB|=|PF|+|PB|-1,|PF|+|PB|的最小值就是點F到直線x-y+4=0的距離,
又點F到直線的距離d=eq \f(|1-0+4|,\r(2))=eq \f(5\r(2),2),
所以|PA|+|PB|的最小值是eq \f(5,2)eq \r(2)-1.
16.已知拋物線y2=8x.
(1)求出該拋物線的頂點、焦點、準(zhǔn)線方程、對稱軸、變量x的范圍;
(2)以坐標(biāo)原點O為頂點,作拋物線的內(nèi)接等腰三角形OAB,|OA|=|OB|,若焦點F是△OAB的重心,求△OAB的周長.
解 (1)拋物線y2=8x的頂點、焦點、準(zhǔn)線方程、對稱軸、變量x的范圍分別為(0,0),(2,0),x=-2,x軸,x≥0.
(2)如圖所示,由|OA|=|OB|可知AB⊥x軸,垂足為點M,
又焦點F是△OAB的重心,
則|OF|=eq \f(2,3)|OM|.
因為F(2,0),
所以|OM|=eq \f(3,2)|OF|=3,
所以M(3,0).
故設(shè)A(3,m),
代入y2=8x得m2=24,
所以m=2eq \r(6)或m=-2eq \r(6),
所以A(3,2eq \r(6)),B(3,-2eq \r(6)),
所以|OA|=|OB|=eq \r(33),
所以△OAB的周長為2eq \r(33)+4eq \r(6).圖形
標(biāo)準(zhǔn)方程
焦點坐標(biāo)
準(zhǔn)線方程
y2=2px(p>0)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(p,2),0))
x=-eq \f(p,2)
y2=-2px(p>0)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(p,2),0))
x=eq \f(p,2)
x2=2py(p>0)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(p,2)))
y=-eq \f(p,2)
x2=-2py(p>0)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,-\f(p,2)))
y=eq \f(p,2)
標(biāo)準(zhǔn)方程
y2=2px(p>0)
y2=-2px(p>0)
x2=2py(p>0)
x2=-2py(p>0)
圖形
范圍
x≥0,y∈R
x≤0,y∈R
y≥0,x∈R
y≤0,x∈R
對稱軸
x軸
x軸
y軸
y軸
焦點坐標(biāo)
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(p,2),0))
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(p,2),0))
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(p,2)))
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,-\f(p,2)))
準(zhǔn)線方程
x=-eq \f(p,2)
x=eq \f(p,2)
y=-eq \f(p,2)
y=eq \f(p,2)
頂點坐標(biāo)
O(0,0)
離心率
e=1

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高中數(shù)學(xué)人教A版 (2019)選擇性必修 第一冊電子課本

3.3 拋物線

版本: 人教A版 (2019)

年級: 選擇性必修 第一冊

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