高考数学二轮复习知识 方法篇 专题7 解析几何 第33练 含答案
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第33练 与抛物线有关的热点问题
[题型分析·高考展望] 抛物线是三种圆锥曲线之一,应用广泛,是高考的重点考查对象,抛物线方程、几何性质、直线与抛物线结合的问题都是高考热点.考查形式有选择题、填空题也有解答题,小题难度一般为低中档层次,解答题难度为中档偏上.
体验高考
1.(2015·四川)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( )
A.(1,3) B.(1,4) C.(2,3) D.(2,4)
答案 D
解析 设A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),
则相减得(y1+y2)(y1-y2)=4(x1-x2),
当直线l的斜率不存在时,符合条件的直线l必有两条;当直线l的斜率k存在时,
如图x1≠x2,则有·=2,即y0·k=2,
由CM⊥AB得,k·=-1,y0·k=5-x0,
2=5-x0,x0=3,即M必在直线x=3上,
将x=3代入y2=4x,得y2=12,
∴-2<y0<2,
∵点M在圆上,
∴(x0-5)2+y=r2,r2=y+4<12+4=16,
又y+4>4,
∴4<r2<16,∴2<r<4.故选D.
2.(2015·浙江)如图,设抛物线y2=4x的焦点为F,不经过焦点的直线上有三个不同的点A,B,C,其中点A,B在抛物线上,点C在y轴上,则△BCF与△ACF的面积之比是( )
A. B. C. D.
答案 A
解析 由图形可知,△BCF与△ACF有公共的顶点F,且A,B,C三点共线,易知△BCF与△ACF的面积之比就等于.由抛物线方程知焦点F(1,0),作准线l,则l的方程为x=-1.
∵点A,B在抛物线上,过A,B分别作AK,BH与准线垂直,垂足分别为点K,H,且与y轴分别交于点N,M.由抛物线定义,得|BM|=|BF|-1,|AN|=|AF|-1.在△CAN中,BM∥AN,∴==.
3.(2016·四川)设O为坐标原点,P是以F为焦点的抛物线y2=2px(p>0)上任意一点,M是线段PF上的点,且|PM|=2|MF|,则直线OM的斜率的最大值为( )
A. B. C. D.1
答案 C
解析 如图,
由题意可知F,设P点坐标为,显然,当y00,要求kOM的最大值,不妨设y0>0.则=+=+=+(-)=+=,kOM==≤=,当且仅当y=2p2时等号成立.故选C.
4.(2016·课标全国乙)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
答案 B
解析 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),D,
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,
∴2+5=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.
5.(2015·上海)抛物线y2=2px(p>0)上的动点Q到焦点的距离的最小值为1,则p=______.
答案 2
解析 根据抛物线的性质,我们知道当且仅当动点Q运动到原点的时候,才与抛物线焦点的距离最小,
所以有|PQ|min==1⇒p=2.
高考必会题型
题型一 抛物线的定义及其应用
例1 已知P为抛物线y2=6x上一点,点P到直线l:3x-4y+26=0的距离为d1.
(1)求d1的最小值,并求此时点P的坐标;
(2)若点P到抛物线的准线的距离为d2,求d1+d2的最小值.
解 (1)设P(,y0),
则d1==|(y0-4)2+36|,
当y0=4时,(d1)min=,此时x0==,
∴当P点坐标为(,4)时,(d1)min=.
(2)设抛物线的焦点为F,
则F(,0),且d2=|PF|,
∴d1+d2=d1+|PF|,
它的最小值为点F到直线l的距离=,
∴(d1+d2)min=.
点评 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.
变式训练1 (1)(2016·浙江)若抛物线y2=4x上的点M到焦点的距离为10,则点M到y轴的距离是________.
(2)已知点P在抛物线y2=4x上,那么点P到Q(2,1)的距离与点P到抛物线焦点距离之和取得最小值时,点P的坐标为( )
A.(,1) B.(,-1) C.(1,2) D.(1,-2)
答案 (1)9 (2)B
解析 (1)抛物线y2=4x的焦点F(1,0).准线为x=-1,由M到焦点的距离为10,可知M到准线x=-1的距离也为10,故M的横坐标满足xM+1=10,解得xM=9,所以点M到y轴的距离为9.
(2)抛物线y2=4x焦点为F(1,0),准线为x=-1,
作PQ垂直于准线,垂足为M,
根据抛物线定义,|PQ|+|PF|=|PQ|+|PM|,
根据三角形两边之和大于第三边,
直角三角形斜边大于直角边知:|PQ|+|PM|的最小值是点Q到抛物线准线x=-1的距离.
所以点P纵坐标为-1,则横坐标为,即(,-1).
题型二 抛物线的标准方程及几何性质
例2 (2015·福建)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.
方法一 (1)解 由抛物线的定义得|AF|=2+.
因为|AF|=3,即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.
方法二 (1)解 同方法一.
(2)证明 设以点F为圆心且与直线GA相切的圆的半径为r.
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),
故直线GA的方程为2x-3y+2=0.
从而r==.
又直线GB的方程为2x+3y+2=0.
所以点F到直线GB的距离d===r.
这表明以点F为圆心且与直线GA相切的圆必与直线GB相切.
点评 (1)由抛物线的标准方程,可以首先确定抛物线的开口方向、焦点的位置及p的值,再进一步确定抛物线的焦点坐标和准线方程.
(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.
变式训练2 已知抛物线C的顶点在坐标原点O,其图象关于y轴对称且经过点M(2,1).
(1)求抛物线C的方程;
(2)若一个等边三角形的一个顶点位于坐标原点,另两个顶点在抛物线上,求该等边三角形的面积;
(3)过点M作抛物线C的两条弦MA,MB,设MA,MB所在直线的斜率分别为k1,k2,当k1+k2=-2时,试证明直线AB的斜率为定值,并求出该定值.
解 (1)设抛物线C的方程为x2=2py(p>0),
由点M(2,1)在抛物线C上,得4=2p,
则p=2,∴抛物线C的方程为x2=4y.
(2)设该等边三角形OPQ的顶点P,Q在抛物线上,
且P(xP,yP),Q(xQ,yQ),
则x=4yP,x=4yQ,
由|OP|=|OQ|,得x+y=x+y,
即(yP-yQ)(yP+yQ+4)=0.
又yP>0,yQ>0,则yP=yQ,|xP|=|xQ|,
即线段PQ关于y轴对称.
∴∠POy=30°,yP=xP,
代入x=4yP,得xP=4,
∴该等边三角形边长为8,S△POQ=48.
(3)设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x=4y1,x=4y2,
∴k1+k2=+=+=(x1+2+x2+2)=-2.
∴x1+x2=-12,
∴kAB===(x1+x2)=-3.
题型三 直线和抛物线的位置关系
例3 已知圆C1的方程为x2+(y-2)2=1,定直线l的方程为y=-1.动圆C与圆C1外切,且与直线l相切.
(1)求动圆圆心C的轨迹M的方程;
(2)直线l′与轨迹M相切于第一象限的点P,过点P作直线l′的垂线恰好经过点A(0,6),并交轨迹M于异于点P的点Q,记S为△POQ(O为坐标原点)的面积,求S的值.
解 (1)设动圆圆心C的坐标为(x,y),动圆半径为R,
则|CC1|==R+1,且|y+1|=R,
可得=|y+1|+1.
由于圆C1在直线l的上方,所以动圆C的圆心C应该在直线l的上方,
∴有y+1>0,=y+2,
整理得x2=8y,即为动圆圆心C的轨迹M的方程.
(2)设点P的坐标为(x0,),则y=,y′=x,
kl′=,kPQ=-,
∴直线PQ的方程为y=-x+6.
又kPQ=,∴=-,x=16,
∵点P在第一象限,∴x0=4,
点P的坐标为(4,2),直线PQ的方程为y=-x+6.
联立得x2+8x-48=0,
解得x=-12或4,∴点Q的坐标为(-12,18).
∴S=|OA|·|xP-xQ|=48.
点评 (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.
变式训练3 (2015·课标全国Ⅰ)在直角坐标系xOy中,曲线C:y=与直线l:y=kx+a(a>0)交于M,N两点,
(1)当k=0时,分别求C在点M和N处的切线方程;
(2)y轴上是否存在点P,使得当k变动时,总有∠OPM=∠OPN?说明理由.
解 (1)由题设可得M(2,a),N(-2,a),
或M(-2,a),N(2,a).
又y′=,故y=在x=2处的导数值为,C在点(2,a)处的切线方程为y-a=(x-2),
即x-y-a=0.
y=在x=-2处的导数值为-,
C在点(-2,a)处的切线方程为y-a=-(x+2),
即x+y+a=0.
故所求切线方程为x-y-a=0和x+y+a=0.
(2)存在符合题意的点,证明如下:
设P(0,b)为符合题意的点,M(x1,y1),N(x2,y2),直线PM,PN的斜率分别为k1,k2.
将y=kx+a代入C的方程得x2-4kx-4a=0.
故x1+x2=4k,x1x2=-4a.
从而k1+k2=+==.
当b=-a时,有k1+k2=0,
则直线PM的倾斜角与直线PN的倾斜角互补,
故∠OPM=∠OPN,所以点P(0,-a)符合题意.
高考题型精练
1.如图所示,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线l交抛物线于点A、B,交其准线l′于点C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则此抛物线的方程为( )
A.y2=9x B.y2=6x C.y2=3x D.y2=x
答案 C
解析 如图,分别过点A,B作准线的垂线,分别交准线于点E,D,
设|BF|=a,则由已知得:
|BC|=2a,由定义得:|BD|=a,
故∠BCD=30°.
在直角三角形ACE中,
∵|AF|=3,∴|AE|=3,|AC|=3+3a,
∴2|AE|=|AC|,∴3+3a=6,
从而得a=1,∵BD∥FG,
∴=,求得p=,
因此抛物线方程为y2=3x,故选C.
2.已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,P、Q是抛物线上的两个点,若△PQF是边长为2的正三角形,则p的值是( )
A.2± B.2+ C.±1 D.-1
答案 A
解析 依题意得F,设P,Q(y1≠y2).由抛物线定义及|PF|=|QF|,得+=+,∴y=y,∴y1=-y2.又|PQ|=2,因此|y1|=|y2|=1,点P.又点P位于该抛物线上,于是由抛物线的定义得|PF|=+=2,由此解得p=2±,故选A.
3.设F为抛物线y2=8x的焦点,A,B,C为该抛物线上三点,若++=0,则||+||+||的值是( )
A.6 B.8 C.9 D.12
答案 D
解析 由抛物线方程,得F(2,0),准线方程为x=-2.
设A,B,C坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),
则由抛物线的定义,知|FA|+|FB|+|FC|=x1+2+x2+2+x3+2=x1+x2+x3+6.
因为++=0,
所以(x1-2+x2-2+x3-2,y1+y2+y3)=(0,0),
则x1-2+x2-2+x3-2=0,即x1+x2+x3=6,
所以||+||+||=|FA|+|FB|+|FC|
=x1+x2+x3+6=12,故选D.
4.已知抛物线C:y2=8x的焦点为F,点M(-2,2),过点F且斜率为k的直线与C交于A,B两点,若∠AMB=90°,则k等于( )
A. B. C. D.2
答案 D
解析 抛物线C:y2=8x的焦点为F(2,0),
由题意可知直线AB的斜率一定存在,
所以设直线方程为y=k(x-2),代入抛物线方程可得
k2x2-(4k2+8)x+4k2=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=4+,x1·x2=4,
所以y1+y2=,y1·y2=-16,
因为∠AMB=90°,
所以·=(x1+2,y1-2)·(x2+2,y2-2)=-+4=0,
解得k=2,故选D.
5.已知点A(-2,3)在抛物线C:y2=2px的准线上,过点A的直线与C在第一象限相切于点B,记C的焦点为F,则直线BF的斜率为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 抛物线y2=2px的准线为直线x=-,而点A(-2,3)在准线上,所以-=-2,即p=4,从而C:y2=8x,焦点为F(2,0).设切线方程为y-3=k(x+2),代入y2=8x得y2-y+2k+3=0(k≠0),①
由于Δ=1-4×(2k+3)=0,所以k=-2或k=.
因为切点在第一象限,所以k=.
将k=代入①中,得y=8,再代入y2=8x中得x=8,
所以点B的坐标为(8,8),所以直线BF的斜率为=.
6.已知A(x1,y1)是抛物线y2=8x的一个动点,B(x2,y2)是圆(x-2)2+y2=16上的一个动点,定点N(2,0),若AB∥x轴,且x10)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.
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