學(xué)生用書P189
1.拋物線的定義
平面內(nèi)與一個(gè)定點(diǎn)F和一條定直線l(l不經(jīng)過點(diǎn)F)的距離① 相等 的點(diǎn)的軌跡叫做拋物線.點(diǎn)F叫做拋物線的② 焦點(diǎn) ,直線l叫做拋物線的③ 準(zhǔn)線 .
注意 定點(diǎn)F在定直線l上時(shí),動(dòng)點(diǎn)的軌跡為過點(diǎn)F且垂直于l的一條直線.
2.拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程與幾何性質(zhì)
常用結(jié)論
拋物線焦點(diǎn)弦的幾個(gè)常用結(jié)論
如圖,設(shè)AB是一條過拋物線y2=2px(p>0)焦點(diǎn)F的弦,AB所在直線的傾斜角為α,若A(x1,y1),B(x2,y2),A,B在準(zhǔn)線l上的射影分別為A1,B1,則
(1)x1x2=p24,y1y2=-p2.
(2)|AF|=p1-csα,|BF|=p1+csα,弦長|AB|=x1+x2+p=2psin2α,S△AOB=p22sinα=12|OF|·|y1-y2|.
(3)1|AF|+1|BF|=2p.
(4)當(dāng)N為準(zhǔn)線與x軸的交點(diǎn)時(shí),∠ANF=∠BNF.
(5)通徑是過焦點(diǎn)且垂直于對稱軸的弦,弦長等于2p,通徑是過焦點(diǎn)的最短的弦.
(6)以弦AB為直徑的圓與拋物線的準(zhǔn)線相切.
(7)以A1B1為直徑的圓與AB相切,切點(diǎn)為F,∠A1FB1=90°.
(8)當(dāng)M1為A1B1的中點(diǎn)時(shí),M1A⊥M1B.
(9)以AF或BF為直徑的圓與y軸相切.
(2)的推導(dǎo)過程:因?yàn)锳B所在直線的傾斜角為α,則cs α=x1-p2x1+p2,解得x1=p2·1+csα1-csα,則|AF|=x1+p2=p1-csα.
同理可得|BF|=p1+csα.
則|AB|=|AF|+|BF|=x1+x2+p=p1-csα+p1+csα=2psin2α,
S△AOB=12×|AB|×p2×sin α=12×2psin2α×p2×sin α=p22sinα.
由(2)的推導(dǎo)過程可得,1|AF|+1|BF|=1-csαp+1+csαp=2p.
1.下列說法正確的是( D )
A.平面內(nèi)與一個(gè)定點(diǎn)F和一條定直線l的距離相等的點(diǎn)的軌跡一定是拋物線
B.若拋物線過點(diǎn)P(-2,3),則其標(biāo)準(zhǔn)方程可寫為y2=2px(p>0)
C.拋物線既是中心對稱圖形,又是軸對稱圖形
D.方程y=ax2(a≠0)表示的曲線是焦點(diǎn)在y軸上的拋物線,且其準(zhǔn)線方程為y=-14a
2.拋物線y=4x2的焦點(diǎn)坐標(biāo)為( A )
A.(0,116)B.(0,14)C.(0,1)D.(1,0)
解析 化拋物線的方程為標(biāo)準(zhǔn)形式,得x2=14y,所以p=18,(本題在解答過程中若不先將拋物線方程化為標(biāo)準(zhǔn)形式,易錯(cuò)誤得到p=2,從而錯(cuò)選C)
拋物線的焦點(diǎn)坐標(biāo)為(0,116),故選A.
3.[2023湖北省十堰市調(diào)研]下列四個(gè)拋物線中,開口朝左的是( C )
A.y2=5xB.x2=-5y
C.y2=-5xD.x2=5y
解析 拋物線y2=5x的開口朝右,拋物線x2=-5y的開口朝下,拋物線y2=-5x的開口朝左,拋物線x2=5y的開口朝上.故選C.
4.若拋物線y2=2px(p>0)的焦點(diǎn)是橢圓x23p+y2p=1的一個(gè)焦點(diǎn),則p=( D )
A.2B.3C.4D.8
解析 由題意,知拋物線的焦點(diǎn)坐標(biāo)為(p2,0),橢圓的焦點(diǎn)坐標(biāo)為(±2p,0),所以p2=2p,解得p=8,故選D.
5.已知拋物線y2=2px(p>0)的焦點(diǎn)為F,點(diǎn)M(2,22)為拋物線上一點(diǎn),則|MF|=( B )
A.2B.3C.4D.5
解析 因?yàn)辄c(diǎn)M(2,22)為拋物線上一點(diǎn),所以將點(diǎn)M的坐標(biāo)代入拋物線的方程y2=2px(p>0),可得p=2,所以拋物線的方程為y2=4x,可得其準(zhǔn)線方程為x=-1.根據(jù)拋物線的定義,得|MF|=2-(-1)=3.故選B.
學(xué)生用書P190
命題點(diǎn)1 拋物線的定義及其應(yīng)用
例1 (1)[全國卷Ⅰ]已知A為拋物線C:y2=2px(p>0)上一點(diǎn),點(diǎn)A到C的焦點(diǎn)的距離為12,到y(tǒng)軸的距離為9,則p=( C )
A.2B.3C.6D.9
解析 根據(jù)拋物線的定義及題意得,點(diǎn)A到C的準(zhǔn)線x=-p2的距離為12,因?yàn)辄c(diǎn)A到y(tǒng)軸的距離為9,所以p2=12-9,解得p=6.故選C.
(2)[2022全國卷乙]設(shè)F為拋物線C:y2=4x的焦點(diǎn),點(diǎn)A在C上,點(diǎn)B(3,0),若|AF|=|BF|,則|AB|=( B )
A.2B.22C.3D.32
解析 解法一 如圖,由題意可知F(1,0),設(shè)A(y024,y0),則由拋物線的定義可知|AF|=y(tǒng)024+1.因?yàn)椋麭F|=3-1=2,所以由|AF|=|BF|,可得y024+1=2,解得y0=±2,所以A(1,2)或A(1,-2).不妨取A(1,2),則|AB|=(1-3)2+(2-0)2=8=22,故選B.
解法二 由題意可知F(1,0),|BF|=2,所以|AF|=2.因?yàn)閽佄锞€的通徑長為2p=4,所以AF的長為通徑長的一半,所以AF⊥x軸,所以|AB|=22+22=8=22,故選B.
方法技巧
利用拋物線的定義可解決的常見問題
(1)軌跡問題:利用拋物線的定義可以確定與定點(diǎn)、定直線距離有關(guān)的動(dòng)點(diǎn)軌跡是否為拋物線.
(2)距離問題:涉及拋物線上的點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離和到準(zhǔn)線的距離問題時(shí),在解題過程中注意兩者之間的相互轉(zhuǎn)化.
(3)最值問題:通過距離轉(zhuǎn)化,利用“兩點(diǎn)之間線段最短”和“垂線段最短”求解.
訓(xùn)練1 [多選/2023惠州市二調(diào)]設(shè)拋物線C:y2=8x的焦點(diǎn)為F,準(zhǔn)線為l,點(diǎn)M為C上一動(dòng)點(diǎn),E(3,1)為定點(diǎn),則下列結(jié)論正確的是( AD )
A.準(zhǔn)線l的方程是x=-2
B.|ME|-|MF|的最大值為2
C.|ME|+|MF|的最小值為7
D.以線段MF為直徑的圓與y軸相切
解析 由題意得,拋物線C的焦點(diǎn)F(2,0),準(zhǔn)線l的方程是x=-2,故A正確;|ME|-|MF|≤|EF|=(3-2)2+(1-0)2=2,當(dāng)點(diǎn)M在線段EF的延長線上時(shí)等號(hào)成立,∴|ME|-|MF|的最大值為2,故B不正確;如圖所示,過點(diǎn)M,E分別作準(zhǔn)線l的垂線,垂足分別為A,B,則|ME|+|MF|=|ME|+|MA|≥|EB|=5,當(dāng)點(diǎn)M在線段EB上時(shí)等號(hào)成立,∴|ME|+|MF|的最小值為5,故C不正確;設(shè)點(diǎn)M(x0,y0),線段MF的中點(diǎn)為D,則點(diǎn)D的橫坐標(biāo)xD=x0+22=|MA|2=|MF|2,∴以線段MF為直徑的圓與y軸相切,故D正確.故選AD.
命題點(diǎn)2 拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程
例2 (1)[2023全國卷乙]已知點(diǎn)A(1,5)在拋物線C:y2=2px上,則A到C的準(zhǔn)線的距離為 94 .
解析 將點(diǎn)A的坐標(biāo)代入拋物線方程,得5=2p,于是y2=5x,則拋物線的準(zhǔn)線方程為x=-54,所以A到準(zhǔn)線的距離為1-(-54)=94.
(2)[2021新高考卷Ⅰ]已知O為坐標(biāo)原點(diǎn),拋物線C:y2=2px(p>0)的焦點(diǎn)為F,P為C上一點(diǎn),PF與x軸垂直,Q為x軸上一點(diǎn),且PQ⊥OP.若|FQ|=6,則C的準(zhǔn)線方程為 x=-32 .
解析 解法一 由題易得|OF|=p2,|PF|=p,∠OPF=∠PQF,所以tan∠OPF=tan∠PQF,所以|OF||PF|=|PF||FQ|,即p2p=p6,解得p=3,所以C的準(zhǔn)線方程為x=-32.
解法二 由題易得|OF|=p2,|PF|=p,|PF|2=|OF|·|FQ|,即p2=p2×6,解得p=3,所以C的準(zhǔn)線方程為x=-32.
方法技巧
拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程的求法
(1)定義法
根據(jù)拋物線的定義求出p.標(biāo)準(zhǔn)方程有四種形式,要注意判斷焦點(diǎn)位置及開口方向.
(2)待定系數(shù)法
當(dāng)焦點(diǎn)位置不確定時(shí),注意分類討論.對于焦點(diǎn)在x軸上的拋物線的方程可設(shè)為y2=mx(m≠0),焦點(diǎn)在y軸上的拋物線的方程可設(shè)為x2=my(m≠0).
訓(xùn)練2 (1)若拋物線的對稱軸為坐標(biāo)軸,焦點(diǎn)在直線x-2y-4=0 上,則此拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程為 y2=16x 或x2=-8y .
解析 由x-2y-4=0,令x=0,得y=-2;令y=0,得x=4.所以拋物線的焦點(diǎn)是(4,0)或(0,-2),故所求拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程為y2=16x或x2=-8y.
(2)如圖,過拋物線y2=2px(p>0)的焦點(diǎn)F的直線依次交拋物線及準(zhǔn)線于點(diǎn)A,B,C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,則拋物線的方程為 y2=3x .
解析 如圖,分別過點(diǎn)A,B作準(zhǔn)線的垂線,垂足分別為點(diǎn)E,D,設(shè)|BF|=a,準(zhǔn)線與x軸交于點(diǎn)G,則由已知得,|BC|=2a,由拋物線的定義得,|BD|=a,故∠BCD=30°,在Rt△ACE中,∵|AC|=|AF|+|BF|+|BC|=3+3a,2|AE|=|AC|,∴3+3a=6,∴a=1.易知BD∥FG,∴|BD||GF|=|BC||CF|,即1p=23,解得p=32,因此拋物線的方程為y2=3x.
命題點(diǎn)3 拋物線的幾何性質(zhì)
例3 [多選/2023新高考卷Ⅱ]設(shè)O為坐標(biāo)原點(diǎn),直線y=-3(x-1)過拋物線C:y2=2px(p>0)的焦點(diǎn),且與C交于M,N兩點(diǎn),l為C的準(zhǔn)線,則( AC )
A.p=2
B.|MN|=83
C.以MN為直徑的圓與l相切
D.△OMN為等腰三角形
解析 由題意,易知直線y=-3(x-1)過點(diǎn)(1,0).
對于A,因?yàn)橹本€經(jīng)過拋物線C的焦點(diǎn),所以易知焦點(diǎn)坐標(biāo)為(1,0),所以p2=1,即p=2,所以A選項(xiàng)正確.
對于B,不妨設(shè)M(x1,y1),N(x2,y2),x1<x2,聯(lián)立方程得y=-3(x-1),y2=4x,消去y并整理得3x2-10x+3=0,解得x1=13,x2=3.由拋物線的定義得,|MN|=x1+x2+p=103+2=163,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤.
對于C,由以上分析易知,l的方程為x=-1,以MN為直徑的圓的圓心坐標(biāo)為(53,-233),半徑r=12|MN|=83=53+1,所以以MN為直徑的圓與l相切,故C選項(xiàng)正確.
對于D,由兩點(diǎn)間距離公式可得|MN|=163,|OM|=133,|ON|=21,故D選項(xiàng)錯(cuò)誤.綜上,選AC.
方法技巧
應(yīng)用拋物線的幾何性質(zhì)解題時(shí),常結(jié)合圖形思考,通過圖形可以直觀地看出拋物線的頂點(diǎn)、對稱軸、開口方向等幾何特征,體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合思想解題的直觀性.
訓(xùn)練3 [多選]已知拋物線C:y2=2px(p>0)的焦點(diǎn)為F,直線l的斜率為3且經(jīng)過點(diǎn)F,直線l與拋物線C交于A,B兩點(diǎn)(點(diǎn)A在第一象限),與拋物線的準(zhǔn)線交于點(diǎn)D,若|AF|=8,則以下結(jié)論正確的是( ABC )
A.p=4B.DF=FA
C.|BD|=2|BF|D.|BF|=4
解析 如圖所示,分別過點(diǎn)A,B作拋物線C的準(zhǔn)線m的垂線,垂足分別為點(diǎn)E,M.設(shè)拋物線C的準(zhǔn)線m交x軸于點(diǎn)P,則|PF|=p,由于直線l的斜率為3,所以傾斜角為60°,因?yàn)锳E∥x軸,所以∠EAF=60°.由拋物線的定義可知,|AE|=|AF|,則△AEF為等邊三角形,所以∠EFP=∠AEF=60°,則∠PEF=30°,所以|AF|=|EF|=2|PF|=2p=8,所以p=4,A選項(xiàng)正確;因?yàn)椋麬E|=|EF|=2|PF|,PF∥AE,所以F為AD的中點(diǎn),則DF=FA,B選項(xiàng)正確;因?yàn)椤螪AE=60°,所以∠ADE=30°,所以|BD|=2|BM|=2|BF|,C選項(xiàng)正確;因?yàn)椋麭D|=2|BF|,所以|BF|=13|DF|=13|AF|=83,D選項(xiàng)錯(cuò)誤.故選ABC.
學(xué)生用書P191
巧用拋物線中的阿基米德三角形的幾何性質(zhì)
例4 [2023溫州市第一次適應(yīng)性考試]已知P為直線y=-x-1上一動(dòng)點(diǎn),過點(diǎn)P作拋物線C:x2=2y的兩條切線,切點(diǎn)分別記為A,B,則原點(diǎn)O到直線AB距離的最大值為( B )
A.1B.2C.3D.2
解析 設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),因?yàn)閥=12x2,所以y'=x.根據(jù)導(dǎo)數(shù)的幾何意義可知直線PA:y-y1=x1(x-x1),化簡得y=x1x-y1.
同理可得,直線PB:y=x2x-y2.
因?yàn)辄c(diǎn)P是直線y=-x-1上一動(dòng)點(diǎn),
所以不妨設(shè)P(t,-t-1),則-t-1=x1t-y1,-t-1=x2t-y2,
所以直線AB:tx-y+t+1=0.直線tx-y+t+1=0過定點(diǎn)G(-1,1),
所以當(dāng)AB⊥OG時(shí),原點(diǎn)O到直線AB的距離最大,其最大距離為|OG|=2.故選B.(另解:原點(diǎn)O到直線AB的距離d=|t+1|t2+1=t2+2t+1t2+1=1+2tt2+1≤1+1=2,當(dāng)且僅當(dāng)t=1時(shí)取等號(hào))
例5 [2021全國卷乙]已知拋物線C:x2=2py(p>0)的焦點(diǎn)為F,且F與圓M:x2+(y+4)2=1上點(diǎn)的距離的最小值為4.
(1)求p;
(2)若點(diǎn)P在M上,PA,PB是C的兩條切線,A,B是切點(diǎn),求△PAB面積的最大值.
解析 (1)由題意知M(0,-4),F(xiàn)(0,p2),圓M的半徑r=1,所以|MF|-r=4,即p2+4-1=4,解得p=2.(F與圓M上點(diǎn)的距離的最小值為|MF|-r,最大值為|MF|+r)
(2)解法一 由(1)知,拋物線方程為x2=4y,
由題意可知直線AB的斜率存在,設(shè)A(x1,x124),B(x2,x224),直線AB的方程為y=kx+b,
由y=kx+b,x2=4y,消去y得x2-4kx-4b=0,
則Δ=16k2+16b>0 ①,x1+x2=4k,x1x2=-4b,
所以|AB|=1+k2|x1-x2|=1+k2·(x1+x2)2-4x1x2=41+k2·k2+b.
因?yàn)閤2=4y,即y=x24,
所以y'=x2,則拋物線在點(diǎn)A處的切線斜率為x12,在點(diǎn)A處的切線方程為y-x124=x12(x-x1),
即y=x12x-x124.
同理得拋物線在點(diǎn)B處的切線方程為y=x22x-x224.
由y=x12x-x124,y=x22x-x224,得x=x1+x22=2k,y=x1x24=-b,即P(2k,-b),
設(shè)點(diǎn)P到直線AB的距離為d,則d=|2k2+2b|1+k2,
所以S△PAB=12|AB|·d=4(k2+b)3.
因?yàn)辄c(diǎn)P在圓M上,
所以4k2+(4-b)2=1,
且-12≤k≤12,3≤b≤5,滿足①.
則k2=1-(4-b)24=-b2+8b-154,令t=k2+b,則t=-b2+12b-154,且3≤b≤5.
因?yàn)閠=-b2+12b-154在[3,5]上單調(diào)遞增,所以當(dāng)b=5時(shí),t取得最大值,tmax=5,此時(shí)k=0,所以△PAB面積的最大值為205.
解法二 設(shè)P(x0,y0),A(x1,y1),B(x2,y2), 則切線PA的方程為y-y1=x12(x-x1),切線PB的方程為y-y2=x22(x-x2),
將點(diǎn)P(x0,y0)的坐標(biāo)分別代入切線PA、切線PB的方程,可得x0x1-2(y0+y1)=0,x0x2-2(y0+y2)=0,則可得直線AB的方程為x0x-2(y+y0)=0.
由x0x-2(y+y0)=0,x2=4y,可得x2-2x0x+4y0=0,Δ=4(x02-4y0)>0,則x1+x2=2x0,x1x2=4y0,則|AB|=1+kAB2·(x1+x2)2-4x1x2=(4+x02)(x02-4y0),
設(shè)點(diǎn)P到直線AB的距離為d,則d=|x02-4y0|x02+4,
故S△PAB=12·|AB|·d=(x02-4y0)322.
由于點(diǎn)P在M上,故x02=-y02-8y0-15,
代入上式得S△PAB=(-y02-12y0-15)322,y0∈[-5,-3],故當(dāng)y0=-5時(shí),(S△PAB)max=205.
方法技巧
拋物線中的阿基米德三角形的幾何性質(zhì)
圓錐曲線的弦與過弦的端點(diǎn)的兩條切線所圍成的三角形叫做阿基米德三角形.
過拋物線x2=2py(p>0)上A,B兩點(diǎn)分別作拋物線的切線,兩切線相交于點(diǎn)P,則△PAB為拋物線中的阿基米德三角形.若AB恰好過拋物線的焦點(diǎn)F(如圖所示),則△PAB有以下基本性質(zhì):
(1)點(diǎn)P必在拋物線的準(zhǔn)線上.
(2)△PAB為直角三角形,且∠APB為直角.
(3)PF⊥AB.
(4)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(xA+xB2,-p2).
訓(xùn)練4 [多選/2023云南省第二次統(tǒng)考]已知拋物線C:x2=2py(p>0)的焦點(diǎn)為F,過點(diǎn)F作直線l與拋物線C交于A,B兩點(diǎn),分別以A,B為切點(diǎn)作拋物線C的切線,兩切線交于點(diǎn)T,設(shè)線段AB的中點(diǎn)為M,若點(diǎn)T的坐標(biāo)為(2,-12),則( ACD )
A.點(diǎn)M的橫坐標(biāo)為2B.點(diǎn)M的縱坐標(biāo)為3
C.直線l的斜率等于2D.|TM|=5
解析 解法一 拋物線C:x2=2py,即y=x22p,則y'=xp,因?yàn)锳,B兩點(diǎn)在拋物線上,所以可設(shè)A(x1,x122p),B(x2,x222p),則以A為切點(diǎn)且與拋物線相切的直線的方程為y-x122p=x1p(x-x1),即y=x1px-x122p ①,同理可得以B為切點(diǎn)且與拋物線相切的直線的方程為y=x2px-x222p ②,聯(lián)立①②,得y=x1px-x122p,y=x2px-x222p,解得x=x1+x22,y=x1x22p,即T(x1+x22,x1x22p).因?yàn)閽佄锞€C:x2=2py(p>0)的焦點(diǎn)為F(0,p2),直線l過點(diǎn)F,所以由題意可知直線l的斜率存在,設(shè)直線AB的方程為y=kx+p2,與拋物線C:x2=2py聯(lián)立,得y=kx+p2,x2=2py,消去y,得x2-2pkx-p2=0,所以x1x2=-p2,即T(x1+x22,-p2),又點(diǎn)T的坐標(biāo)為(2,-12),所以x1+x22=2,-p2=-12,所以x1+x2=4,p=1.所以線段AB的中點(diǎn)M的橫坐標(biāo)為x1+x22=2,所以選項(xiàng)A正確.
可得拋物線C:x2=2y,F(xiàn)(0,12),A(x1,x122),B(x2,x222),所以直線l的斜率k=x122-x222x1-x2=x1+x22=2,所以選項(xiàng)C正確.
可得直線l的方程為y=2x+12,又點(diǎn)M的橫坐標(biāo)為2,且點(diǎn)M在直線l上,所以點(diǎn)M的縱坐標(biāo)為2×2+12=92,所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤.
由M(2,92),T(2,-12),可得|TM|=92-(-12)=5,所以選項(xiàng)D正確.
綜上,選ACD.
解法二 易知△TAB為阿基米德焦點(diǎn)三角形,設(shè)M(xM,yM),則點(diǎn)T的坐標(biāo)為(xM,-p2),TF⊥AB.由已知T的坐標(biāo)為(2,-12),得xM=2,即點(diǎn)M的橫坐標(biāo)為2,A正確.-p2=-12,p=1,則F(0,12),kTF=-12,則kAB=2,C正確.直線l的方程為y=2x+12,由點(diǎn)M在直線l上,易得yM=92,故B錯(cuò)誤.由M(2,92),T(2,-12),得|TM|=5,故D正確.
1.[命題點(diǎn)1/北京高考]設(shè)拋物線的頂點(diǎn)為O,焦點(diǎn)為F,準(zhǔn)線為l,P是拋物線上異于O的一點(diǎn),過P作PQ⊥l于Q,則線段FQ的垂直平分線( B )
A.經(jīng)過點(diǎn)OB.經(jīng)過點(diǎn)P
C.平行于直線OPD.垂直于直線OP
解析 連接PF,由拋物線的定義可知|PQ|=|FP|,故線段FQ的垂直平分線經(jīng)過點(diǎn)P.
2.[命題點(diǎn)2]在平面直角坐標(biāo)系xOy中,動(dòng)點(diǎn)M到定點(diǎn)F(1,0)的距離比到y(tǒng)軸的距離大1,則動(dòng)點(diǎn)M的軌跡方程為 y2=4x(x≥0)y=0(x

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