第7节 抛物线
考试要求 1.理解抛物线的定义、几何图形和标准方程,以及它们的简单几何性质(范围、对称性、顶点、离心率). 2.理解抛物线的简单应用.
【知识梳理】
1.抛物线的定义
(1)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)其数学表达式:{M||MF|=d}(d为点M到准线l的距离).
2.抛物线的标准方程与几何性质
图形
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
性质 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
[常用结论与微点提醒]
1.通径:过焦点且垂直于对称轴的弦长等于2p,通径是过焦点最短的弦.
2.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.
3.过抛物线y2=2px(p>0)的焦点的直线交抛物线于A,B两点,则|AB|=x1+x2+p,也称为抛物线的焦点弦.
4.抛物线定义中,如果定点F在直线l上,此时动点的轨迹为过点F且与l垂直的直线.
5.不同的方程中,焦半径公式、焦点弦公式也不相同.
【诊断自测】
1.思考辨析(在括号内打“√”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,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)抛物线的离心率一定大于椭圆的离心率.( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
解析 (1)当定点在定直线上时,轨迹为过定点F与定直线l垂直的一条直线,而非抛物线.
(2)方程y=ax2(a≠0)可化为x2=y,
是焦点在y轴上的抛物线,且其焦点坐标是,准线方程是y=-.
(3)抛物线是只有一条对称轴的轴对称图形.
2.(选修一P138T2(2))抛物线y2=8x上与焦点的距离等于6的点的坐标是________.
答案 (4,±4)
解析 设所求点为P(x0,y0),
则y=8x0且x0+2=6,
解得x0=4,y0=±4.
3.(选修一P133T1(3)改编)焦点到准线的距离是2的抛物线的标准方程是______________.
答案 y2=±4x或x2=±4y
解析 由题知p=2,2p=4,但焦点轴不确定,故答案为y2=±4x或x2=±4y.
4.(2021·新高考Ⅱ卷改编)抛物线y2=2px(p>0)的焦点到直线y=x+1的距离为,则p=________.
答案 2
解析 抛物线的焦点坐标为,
其到直线x-y+1=0的距离
d==,
解得p=2(p=-6舍去).
考点一 抛物线的定义和标准方程
例1 (1)已知抛物线y2=4x的焦点为F,M,N是抛物线上两个不同的点.若|MF|+|NF|=5,则线段MN的中点到y轴的距离为( )
A.3 B. C.5 D.
答案 B
解析 由题意知抛物线的准线方程为x=-1,
分别过点M,N作准线的垂线,垂足为M′,N′(图略),
根据抛物线的定义得|MF|=|MM′|,
|NF|=|NN′|,
所以|MF|+|NF|=|MM′|+|NN′|,
所以线段MN的中点到准线的距离为
(|MF|+|NF|)=,
所以线段MN的中点到y轴的距离为-1=.
(2)如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线依次交抛物线及准线于点A,B,C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则抛物线的方程为( )
A.y2=x B.y2=9x
C.y2=x D.y2=3x
答案 D
解析 如图,分别过点A,B作准线的垂线,交准线于点E,D,
设|BF|=a,则|BC|=2a,
由抛物线的定义得|BD|=a,
故∠BCD=30°,
∴在Rt△ACE中,2|AE|=|AC|,
∵|AE|=|AF|=3,|AC|=3+3a,
∴3+3a=6,解得a=1,
∵BD∥FG,∴=,∴p=,
因此抛物线的方程为y2=3x.
感悟提升 1.“看到准线想到焦点,看到焦点想到准线”,许多抛物线问题均可根据定义获得简捷、直观的求解.“由数想形,由形想数,数形结合”是灵活解题的一条捷径.
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.
训练1 (1)(2024·兰州质检)在平面直角坐标系Oxy中,动点P(x,y)到直线x=1的距离比它到定点(-2,0)的距离小1,则P的轨迹方程为( )
A.y2=2x B.y2=4x
C.y2=-4x D.y2=-8x
答案 D
解析 由题意知动点P(x,y)到直线x=2的距离与到定点(-2,0)的距离相等,
由抛物线的定义知,P的轨迹是以(-2,0)为焦点,x=2为准线的抛物线,
所以p=4,轨迹方程为y2=-8x.
(2)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,准线为l,点A是抛物线C上一点,AD⊥l,交l于D.若|AF|=4,∠DAF=60°,则抛物线C的方程为________________.
答案 y2=4x
解析 根据抛物线的定义可得|AD|=|AF|=4,
又∠DAF=60°,
所以|AD|-p=|AF|cos 60°=|AF|,
所以4-p=2,解得p=2,
所以抛物线C的方程为y2=4x.
考点二 抛物线的几何性质
角度1 焦半径和焦点弦
例2 (1)(2024·武汉调研)设抛物线y2=6x的焦点为F,准线为l,P是抛物线上位于第一象限内的一点,过P作l的垂线,垂足为Q,若直线QF的倾斜角为120°,则|PF|=( )
A.3 B.6 C.9 D.12
答案 B
解析 抛物线y2=6x的焦点F,
准线l:x=-.
设P(x0,y0)(x0>0,y0>0),则Q,
因为QF的倾斜角为120°,
所以kQF===-,
即y0=3,
所以x0===,
所以|PF|=x0+=+=6.
(2)过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F作倾斜角为45°的直线交抛物线于A,B两点,若线段AB的长为8,则p=________.
答案 2
解析 直线AB的方程为y=x-,
与抛物线方程联立消去y得x2-3px+p2=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
根据抛物线的定义,得
|AB|=x1+x2+p=4p=8,∴p=2.
角度2 与抛物线有关的最值问题
例3 (1)若抛物线y2=4x的准线为l,P是抛物线上任意一点,则P到准线l的距离与P到直线3x+4y+7=0的距离之和的最小值是( )
A.2 B. C. D.3
答案 A
解析 由抛物线定义可知点P到准线l的距离等于点P到焦点F的距离,由抛物线y2=4x及直线方程3x+4y+7=0可得直线与抛物线相离.
∴点P到准线l的距离与点P到直线3x+4y+7=0的距离之和的最小值为点F(1,0)到直线3x+4y+7=0的距离,即=2.
(2)设P是抛物线y2=4x上的一个动点,F为抛物线的焦点,若B(3,2),则|PB|+|PF|的最小值为________.
答案 4
解析 如图,过点B作BQ垂直于准线,交准线于点Q,交抛物线于点P1,
连接P1F,
则|P1Q|=|P1F|.
又F(1,0),
则有|PB|+|PF|≥|P1B|+|P1Q|=|BQ|=4,
即|PB|+|PF|的最小值为4.
迁移 若将本例(2)中的“B(3,2)”改为“B(3,4)”,则|PB|+|PF|的最小值为________.
答案 2
解析 由题意可知点B(3,4)在抛物线的外部,
因为|PB|+|PF|的最小值即为B,F两点间的距离,
所以|PB|+|PF|≥|BF|==2,
即|PB|+|PF|的最小值为2.
感悟提升 与抛物线有关的最值问题的两个转化策略
转化策略一:将抛物线上的点到准线的距离转化为该点到焦点的距离,构造出“两点之间线段最短”“三角形两边之和大于第三边”,使问题得以解决.
转化策略二:将抛物线上的点到焦点的距离转化为到准线的距离,利用“与直线上所有点的连线中垂线段最短”原理解决.
训练2 (1)已知点F为抛物线C:y2=4x的焦点,过点F的直线l交抛物线C于A,B两点,且=t(t>1),|AB|=,则t=________.
答案 3
解析 由题意得焦点F(1,0),设直线l为
x=λy+1(λ≠0),
代入抛物线方程得y2-4λy-4=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
由韦达定理得y1y2=-4,①
由=t,即(1-x1,-y1)=t(x2-1,y2),
有y1=-ty2,②
∴由①②得y2=,y1=-2或y2=-,
y1=2,即x1=t,x2=,
∴|AB|=x1+x2+p=+t+2=,
化简得3t2-10t+3=0,∴t=3或t=(舍).
(2)(2024·南京调研)P是抛物线y2=8x上的动点,P到y轴的距离为d1,到圆C:(x+3)2+(y-3)2=4上动点Q的距离为d2,则d1+d2的最小值为________.
答案 -4
解析 圆C:(x+3)2+(y-3)2=4的圆心为C(-3,3),抛物线y2=8x的焦点为F(2,0),点P到y轴的距离为d1,到圆C上动点Q的距离为d2,
如图,连接PC,PF,FC,
则d1=|PF|-2,d2≥|PC|-2,
设FC与抛物线的交点为P′,
由图可知当点P在P′的位置时,d1+d2取得最小值,最小值是|FC|减去圆的半径再减去抛物线焦点到原点的距离,
即|FC|-2-2=-4=-4.
考点三 抛物线的综合问题
例4 已知抛物线C:y2=3x的焦点为F,斜率为的直线l与C的交点为A,B,与x轴的交点为P.
(1)若|AF|+|BF|=4,求直线l的方程;
(2)若=3,求|AB|.
解 设直线l的方程为y=x+t,
A(x1,y1),B(x2,y2).
(1)由题设得F,
故|AF|+|BF|=x1+x2+.
又|AF|+|BF|=4,所以x1+x2=.
由可得9x2+12(t-1)x+4t2=0,
其中Δ=144(1-2t)>0,
则x1+x2=-,
从而-=,得t=-(满足Δ>0),
所以l的方程为y=x-.
(2)由=3,可得y1=-3y2.
由可得y2-2y+2t=0,
其中Δ=4-8t>0,
所以y1+y2=2,从而-3y2+y2=2,
故y2=-1,y1=3.
代入C的方程得x1=3,x2=.
所以A(3,3),B,故|AB|=.
感悟提升 1.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.
2.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.
训练3 过抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点F作直线l与抛物线C交于A,B两点,当点A的纵坐标为1时,|AF|=2.
(1)求抛物线C的方程;
(2)若抛物线C上存在点M(-2,y0),使得⊥,求直线l的方程.
解 (1)抛物线C:x2=2py(p>0)的准线方程为y=-,焦点为F.
∵当点A的纵坐标为1时,|AF|=2,
∴1+=2,解得p=2,
∴抛物线C的方程为x2=4y.
(2)∵点M(-2,y0)在抛物线C上,
∴y0==1.又F(0,1),
∴设直线l的方程为y=kx+1.
由得x2-4kx-4=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=4k,x1x2=-4,
=(x1+2,y1-1),=(x2+2,y2-1).
∵⊥,
∴·=0,
∴(x1+2)(x2+2)+(y1-1)(y2-1)=0,
∴-4+8k+4-4k2=0,
解得k=2或k=0.
当k=0时,l过点M,舍去,∴k=2,
∴直线l的方程为y=2x+1.
抛物线中的二级结论
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)x1·x2=,y1y2=-p2;
(2)若A在第一象限,B在第四象限,则|AF|=,|BF|=,弦长|AB|=x1+x2+p=(α为弦AB所在直线的倾斜角);
(3)+=;
(4)以弦AB为直径的圆与准线相切;
(5)以AF或BF为直径的圆与y轴相切;
(6)过焦点弦的端点的切线互相垂直且交点在准线上;
(7)通径:过焦点与对称轴垂直的弦长等于2p.
例 (1)过抛物线y2=4x的焦点F的直线l与抛物线交于A,B两点,若|AF|=2|BF|,则|AB|等于( )
A.4 B. C.5 D.6
答案 B
解析 [通法]易知直线l的斜率存在,设为k,则其方程为y=k(x-1).
由得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,
得xA·xB=1,①
因为|AF|=2|BF|,
由抛物线的定义得xA+1=2(xB+1),
即xA=2xB+1,②
由①②解得xA=2,xB=,
所以|AB|=|AF|+|BF|=xA+xB+p=.
[优解]因为|AF|=2|BF|,
所以+=+
===1,
解得|BF|=,|AF|=3,
故|AB|=|AF|+|BF|=.
(2)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,过F且倾斜角为的直线交C于A,B两点,线段AB中点的纵坐标为,则|AB|=( )
A. B.4 C.8 D.24
答案 C
解析 [通法]设A(x1,y1),B(x2,y2),
∴kAB===.
∵线段AB中点的纵坐标为,
∴y1+y2=2,
又直线AB的倾斜角为,∴kAB=,
即=,得p=3.
∴抛物线C的方程为y2=6x,
则焦点F,
直线AB的方程为y=,
与抛物线方程y2=6x联立并整理,
得3=6x,即x2-5x+=0,
∴x1+x2=5,∴|AB|=x1+x2+p=5+3=8.
[优解]抛物线y2=2px(p>0)的焦点弦的弦长l=,其中θ为焦点弦所在直线的倾斜角.
在求出p=3后,可直接利用此二级结论得出
|AB|===8.
(3)(2024·武汉调研)过抛物线y2=8x焦点的直线与抛物线交于M,N两点,设抛物线的准线与x轴的交点为A,当MA⊥NA时,|MN|=________.
答案 8
解析 [通法]由题意可知A(-2,0),焦点坐标为(2,0).
设过抛物线焦点的直线方程为x=ky+2,
代入y2=8x,消去x,得y2-8ky-16=0.
设M(xM,yM),N(xN,yN),则yMyN=-16,
所以xMxN==4.
因为MA⊥NA,
所以kMA·kNA=·
==-1,
所以8+2(xM+xN)=16,即xM+xN=4,
所以由抛物线的定义知|MN|=xM+xN+4=8.
[优解]由题意可知A(-2,0),
设M(xM,yM),N(xN,yN),
则xMxN==4,yMyN=-p2=-16.
·=(xM+2,yM)(xN+2,yN)=0,
即(xM+2)(xN+2)+yMyN=0,
得4+2(xM+xN)+4-16=0,
∴xM+xN=4,|MN|=xM+xN+4=8.
训练 (1)(2024·广州联考)直线y=x-1过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F,且与C交于A,B两点,则|AB|=( )
A.2 B.4 C.6 D.8
答案 D
解析 焦点F(1,0),∴p=2,
∴|AB|===8(α为直线y=x-1的倾斜角).
(2)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F,过点F且斜率为的直线交C于A,B(A在上方),且|AF|=6,则|BF|=________.
答案 2
解析 由k=得∠AFx=60°,
法一 利用
解得|AF|=2p,|BF|=p,
∵|AF|=2p=6,∴p=3,
∴|BF|==×3=2.
法二 由焦半径公式|AF|===2p=6,得p=3,
∴|BF|===p=2.
【A级 基础巩固】
1.抛物线x2=y的准线方程为( )
A.y=- B.x=-
C.y= D.x=
答案 A
解析 由抛物线的标准方程可得,抛物线的焦点位于y轴正半轴上,焦点坐标为,准线方程为y=-.
2.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.(2024·合肥质检)已知O为坐标原点,F为抛物线C:y2=8x的焦点,M为C上一点,若|MF|=8,则△MOF的面积为( )
A.4 B.3 C.8 D.3
答案 A
解析 抛物线C:y2=8x的准线方程为x=-2.
设M(x0,y0),由抛物线的定义可知,点M到焦点F(2,0)的距离等于其到准线x=-2的距离,
所以|MF|=x0+2=8,所以x0=6.
因为点M(x0,y0)在抛物线C:y2=8x上,
所以y=8×6=48,则|y0|=4,
所以S△MOF=|OF|·|y0|=×2×4=4.
4.已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,直线l与抛物线C相交于A,B两点,且与y轴相交于点P,若|PA|=3|PB|,|AF|=8,|BF|=4,则p=( )
A.1 B.2 C.3 D.4
答案 D
解析 过点A,B分别作抛物线准线的垂线AD,BM,垂足分别为D,M,且AD,BM与y轴分别相交于E,N,
则△PAE∽△PBN,得=.
由抛物线的定义知|AF|=|AD|,|BF|=|BM|,
则=====3,解得p=4.
5.已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,过x轴负半轴上的动点A作C的一条切线,切点B在第一象限,若M为线段AB的中点,则·的取值范围是( )
A.(1,2] B.(1,2)
C.[1,+∞) D.(1,+∞)
答案 D
解析 由题意可设切线AB的方程为
x=ty+m(t>0,m<0),
则A(m,0),由
得y2-4ty-4m=0,
由Δ=(-4t)2+4×4m=0,得m=-t2,
∴A(-t2,0),B(t2,2t),∴M(0,t).
结合F(1,0),得=(t2-1,2t),=(-1,t),
∴·=-(t2-1)+2t2=t2+1>1.
6.(多选)已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点F到准线的距离为4,直线l过点F且与抛物线交于两点A(x1,y1),B(x2,y2),若M(m,2)是线段AB的中点,则下列结论正确的是( )
A.p=4
B.抛物线方程为y2=16x
C.直线l的方程为y=2x-4
D.|AB|=10
答案 ACD
解析 由焦点F到准线的距离为4,
根据抛物线的定义可知p=4,故A正确;
则抛物线的方程为y2=8x,故B错误;
则y=8x1,y=8x2,
若M(m,2)是线段AB的中点,则y1+y2=4,
∴y-y=8x1-8x2,
即===2,
∴直线l的方程为y=2x-4,故C正确;
又由y1+y2=2(x1+x2)-8=4,得x1+x2=6,
∴|AB|=|AF|+|BF|=x1+x2+4=10,故D正确.
7.(多选)(2023·新高考Ⅱ卷)设O为坐标原点,直线y=-(x-1)过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,且与C交于M,N两点,l为C的准线,则( )
A.p=2
B.|MN|=
C.以MN为直径的圆与l相切
D.△OMN为等腰三角形
答案 AC
解析 对于A,因为直线y=-(x-1)经过抛物线C的焦点,且直线与x轴的交点为(1,0),
所以抛物线C的焦点坐标为(1,0),
所以=1,即p=2,所以A正确;
对于B,不妨设M(x1,y1),N(x2,y2),x1
消去y并整理得3x2-10x+3=0,
解得x1=,x2=3.
由抛物线的定义得,
|MN|=x1+x2+p=+2=,故B错误;
对于C,法一 由以上分析易知,l的方程为x=-1,以MN为直径的圆的圆心坐标为,半径r=|MN|==+1,
所以以MN为直径的圆与l相切,故C正确;
法二 由二级结论——以抛物线焦点弦为直径的圆与抛物线的准线相切,易知C正确;
对于D,由B知M,N(3,-2),
所以由两点间距离公式可得
|OM|=,|ON|=,
又|MN|=,故D错误.
8.(2023·全国乙卷)已知点A(1,)在抛物线C:y2=2px上,则A到C的准线的距离为_____________________.
答案
解析 将点A的坐标代入抛物线方程,得5=2p,
于是y2=5x,则抛物线的准线方程为x=-,
所以A到准线的距离为1-(-)=.
9.(2023·天津卷)过原点O的一条直线与圆C:(x+2)2+y2=3相切,交曲线y2=2px(p>0)于点P,若|OP|=8,则p的值为________.
答案 6
解析 由题意得直线OP的斜率存在.
设直线OP的方程为y=kx,
因为该直线与圆C相切,
所以=,解得k2=3.
将直线方程y=kx与曲线方程y2=2px(p>0)联立,得k2x2-2px=0,
因为k2=3,
所以3x2-2px=0,解得x=0或,
设P(x1,y1),则x1=,又O(0,0),
所以|OP|=|x1-0|=2×=8,
解得p=6.
10.(2024·南京、盐城模拟)已知抛物线y2=4x的焦点为F,点P是其准线上一点,过点P作PF的垂线,交y轴于点A,线段AF交抛物线于点B.若PB平行于x轴,则AF的长度为________.
答案 3
解析 易得F(1,0),设P(-1,t),
则kPF==-,所以kPA=,
直线PA的方程为y-t=(x+1),
即y=x++t,
易得A,B,A,B,F共线,
所以=,得t2=2,
所以|AF|===3.
11.分别求满足下列条件的抛物线的标准方程.
(1)准线方程为2y+4=0;
(2)过点(3,-4);
(3)焦点在直线x+3y+15=0上.
解 (1)准线方程为2y+4=0,即y=-2,
故抛物线焦点在y轴的正半轴上,
设其方程为x2=2py(p>0).
又=2,∴2p=8,
故所求抛物线的标准方程为x2=8y.
(2)∵点(3,-4)在第四象限,
∴抛物线开口向右或向下,
设抛物线的标准方程为
y2=2px(p>0)或x2=-2p1y(p1>0).
把点(3,-4)的坐标分别代入y2=2px和x2=-2p1y中,
得(-4)2=2p·3,32=-2p1·(-4),
则2p=,2p1=.
∴所求抛物线的标准方程为
y2=x或x2=-y.
(3)令x=0得y=-5;
令y=0得x=-15.
∴抛物线的焦点为(0,-5)或(-15,0),
∴所求抛物线的标准方程为
x2=-20y或y2=-60x.
12.已知抛物线C:x2=my(m>0)的焦点F到其准线的距离为1.
(1)求抛物线C的方程;
(2)过F的直线与抛物线C相交于A,B两点,在A,B处分别作抛物线C的切线,两条切线的交点为P,证明:AB⊥FP.
(1)解 抛物线C的焦点为F,准线方程为y=-,所以焦点F到其准线的距离为=1,
因为m>0,所以m=2.
所以抛物线C的方程为x2=2y.
(2)证明 由题意,直线AB的斜率一定存在,
设直线AB的方程为y=kx+,
代入抛物线方程x2=2y,
整理得x2-2kx-1=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),P(x0,y0),
则x1+x2=2k,x1x2=-1.
函数y=x2的导函数为y′=x,
故抛物线在点A处的切线方程为
y-y1=x1(x-x1),
化简得y=x1x-,
同理,抛物线在点B处的切线方程为
y=x2x-,
联立上述两切线方程,
解得x0==k,y0==-.
因为=(x2-x1,y2-y1)=(x2-x1)(1,k),=,
所以·=(x2-x1)=(x2-x1)=0,
所以AB⊥FP.
【B级 能力提升】
13.(2024·长沙调研)已知抛物线C的顶点为坐标原点O,焦点F在x轴上,过点(2,0)的直线交C于P,Q两点,且OP⊥OQ,线段PQ的中点为M,则直线MF的斜率的最大值为( )
A. B. C. D.1
答案 A
解析 设抛物线C:y2=2px,p>0.
显然直线PQ的斜率不为0,
设直线PQ的方程为x=ty+2,
P(xP,yP),Q(xQ,yQ).
将直线PQ的方程代入抛物线C的方程得
y2-2pty-4p=0,
∴Δ=4p2t2+16p>0,yP+yQ=2pt,yPyQ=-4p,
∴xPxQ==4.
∵OP⊥OQ,∴xPxQ+yPyQ=4-4p=0,
∴p=1,此时yP+yQ=2t,xP+xQ=2t2+4,
∴M(t2+2,t),
又F,∴直线MF的斜率
kMF==,
当t=0时,kMF=0,
当t≠0时,kMF==≤,
当且仅当t2=时取等号.
∴直线MF的斜率的最大值为.
14.(多选)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,直线l的斜率为且经过点F,与抛物线C交于A,B两点(点A在第一象限),与抛物线C的准线交于点D,若|AF|=8,则以下结论正确的是( )
A.p=4 B.=
C.|BD|=2|BF| D.|BF|=4
答案 ABC
解析 如图所示,分别过点A,B作抛物线C的准线的垂线,垂足分别为点E,M,连接EF.
设抛物线C的准线交x轴于点P,则|PF|=p.
因为直线l的斜率为,
所以其倾斜角为60°.
因为AE∥x轴,所以∠EAF=60°,
由抛物线的定义可知,|AE|=|AF|,
则△AEF为等边三角形,
所以∠EFP=∠AEF=60°,
所以∠PEF=30°,
所以|AF|=|EF|=2|PF|=2p=8,
得p=4,故A正确.
因为|AE|=|EF|=2|PF|,且PF∥AE,
所以F为AD的中点,则=,故B正确.
因为∠DAE=60°,所以∠ADE=30°,
所以|BD|=2|BM|=2|BF|,故C正确.
因为|BD|=2|BF|,
所以|BF|=|DF|=|AF|=,故D错误.
15.(2024·福州调研)已知点P在抛物线y2=8x上,点F为该抛物线的焦点,点A的坐标为(6,3),则△PAF周长的最小值为________.
答案 13
解析 由题意可知,点A在抛物线的内部,抛物线的焦点F(2,0),
抛物线的准线方程为x=-2,
△PAF的周长为|PA|+|PF|+|AF|,
|AF|==5.
如图,过点P作准线的垂线,交准线于点D,
由抛物线的定义可知,|PF|=|PD|,
∴要使得|PA|+|PF|最小,即使得|PA|+|PD|最小,
则当D,P,A三点共线时,
|PA|+|PD|取得最小值,
即(|PA|+|PF|)min=6+2=8,
∴△PAF周长的最小值为8+5=13.
16.已知F为抛物线T:x2=4y的焦点,直线l:y=kx+2与T相交于A,B两点.
(1)若k=1,求|FA|+|FB|的值;
(2)点C(-3,-2),若∠CFA=∠CFB,求直线l的方程.
解 由已知可得F(0,1),
设A,B,
由得x2-4kx-8=0,
所以x1+x2=4k,①
x1x2=-8.②
(1)|FA|+|FB|=+1++1
=+2.
当k=1时,由①②得|FA|+|FB|=10.
(2)由题意可知=,
=,=(-3,-3).
由∠CFA=∠CFB,
得cos〈,〉=cos〈,〉,
即=,
又|FA|=+1,|FB|=+1,
所以=,
可得4+2(x1+x2)-x1x2=0,
即4+8k+8=0.解得k=-,
所以所求直线l的方程为3x+2y-4=0.第7节 抛物线
考试要求 1.理解抛物线的定义、几何图形和标准方程,以及它们的简单几何性质(范围、对称性、顶点、离心率). 2.理解抛物线的简单应用.
【知识梳理】
1.抛物线的定义
(1)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________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________.
(2)其数学表达式:{M||MF|=d}(d为点M到准线l的距离).
2.抛物线的标准方程与几何性质
图形
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
性质 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
[常用结论与微点提醒]
1.通径:过焦点且垂直于对称轴的弦长等于2p,通径是过焦点最短的弦.
2.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.
3.过抛物线y2=2px(p>0)的焦点的直线交抛物线于A,B两点,则|AB|=x1+x2+p,也称为抛物线的焦点弦.
4.抛物线定义中,如果定点F在直线l上,此时动点的轨迹为过点F且与l垂直的直线.
5.不同的方程中,焦半径公式、焦点弦公式也不相同.
【诊断自测】
1.思考辨析(在括号内打“√”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,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)抛物线的离心率一定大于椭圆的离心率.( )
2.(选修一P138T2(2))抛物线y2=8x上与焦点的距离等于6的点的坐标是________.
3.(选修一P133T1(3)改编)焦点到准线的距离是2的抛物线的标准方程是______________.
4.(2021·新高考Ⅱ卷改编)抛物线y2=2px(p>0)的焦点到直线y=x+1的距离为,则p=________.
考点一 抛物线的定义和标准方程
例1 (1)已知抛物线y2=4x的焦点为F,M,N是抛物线上两个不同的点.若|MF|+|NF|=5,则线段MN的中点到y轴的距离为( )
A.3 B.
C.5 D.
(2)如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线依次交抛物线及准线于点A,B,C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则抛物线的方程为( )
A.y2=x B.y2=9x
C.y2=x D.y2=3x
感悟提升 1.“看到准线想到焦点,看到焦点想到准线”,许多抛物线问题均可根据定义获得简捷、直观的求解.“由数想形,由形想数,数形结合”是灵活解题的一条捷径.
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.
训练1 (1)(2024·兰州质检)在平面直角坐标系Oxy中,动点P(x,y)到直线x=1的距离比它到定点(-2,0)的距离小1,则P的轨迹方程为( )
A.y2=2x B.y2=4x
C.y2=-4x D.y2=-8x
(2)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,准线为l,点A是抛物线C上一点,AD⊥l,交l于D.若|AF|=4,∠DAF=60°,则抛物线C的方程为________________.
考点二 抛物线的几何性质
角度1 焦半径和焦点弦
例2 (1)(2024·武汉调研)设抛物线y2=6x的焦点为F,准线为l,P是抛物线上位于第一象限内的一点,过P作l的垂线,垂足为Q,若直线QF的倾斜角为120°,则|PF|=( )
A.3 B.6
C.9 D.12
(2)过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F作倾斜角为45°的直线交抛物线于A,B两点,若线段AB的长为8,则p=________.
角度2 与抛物线有关的最值问题
例3 (1)若抛物线y2=4x的准线为l,P是抛物线上任意一点,则P到准线l的距离与P到直线3x+4y+7=0的距离之和的最小值是( )
A.2 B.
C. D.3
(2)设P是抛物线y2=4x上的一个动点,F为抛物线的焦点,若B(3,2),则|PB|+|PF|的最小值为________.
迁移 若将本例(2)中的“B(3,2)”改为“B(3,4)”,则|PB|+|PF|的最小值为________.
感悟提升 与抛物线有关的最值问题的两个转化策略
转化策略一:将抛物线上的点到准线的距离转化为该点到焦点的距离,构造出“两点之间线段最短”“三角形两边之和大于第三边”,使问题得以解决.
转化策略二:将抛物线上的点到焦点的距离转化为到准线的距离,利用“与直线上所有点的连线中垂线段最短”原理解决.
训练2 (1)已知点F为抛物线C:y2=4x的焦点,过点F的直线l交抛物线C于A,B两点,且=t(t>1),|AB|=,则t=________.
(2)(2024·南京调研)P是抛物线y2=8x上的动点,P到y轴的距离为d1,到圆C:(x+3)2+(y-3)2=4上动点Q的距离为d2,则d1+d2的最小值为________.
考点三 抛物线的综合问题
例4 已知抛物线C:y2=3x的焦点为F,斜率为的直线l与C的交点为A,B,与x轴的交点为P.
(1)若|AF|+|BF|=4,求直线l的方程;
(2)若=3,求|AB|.
感悟提升 1.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.
2.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.
训练3 过抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点F作直线l与抛物线C交于A,B两点,当点A的纵坐标为1时,|AF|=2.
(1)求抛物线C的方程;
(2)若抛物线C上存在点M(-2,y0),使得⊥,求直线l的方程.
抛物线中的二级结论
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)x1·x2=,y1y2=-p2;
(2)若A在第一象限,B在第四象限,则|AF|=,|BF|=,弦长|AB|=x1+x2+p=(α为弦AB所在直线的倾斜角);
(3)+=;
(4)以弦AB为直径的圆与准线相切;
(5)以AF或BF为直径的圆与y轴相切;
(6)过焦点弦的端点的切线互相垂直且交点在准线上;
(7)通径:过焦点与对称轴垂直的弦长等于2p.
例 (1)过抛物线y2=4x的焦点F的直线l与抛物线交于A,B两点,若|AF|=2|BF|,则|AB|等于( )
A.4 B.
C.5 D.6
(2)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,过F且倾斜角为的直线交C于A,B两点,线段AB中点的纵坐标为,则|AB|=( )
A. B.4
C.8 D.24
(3)(2024·武汉调研)过抛物线y2=8x焦点的直线与抛物线交于M,N两点,设抛物线的准线与x轴的交点为A,当MA⊥NA时,|MN|=________.
训练 (1)(2024·广州联考)直线y=x-1过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F,且与C交于A,B两点,则|AB|=( )
A.2 B.4
C.6 D.8
(2)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F,过点F且斜率为的直线交C于A,B(A在上方),且|AF|=6,则|BF|=________.(共73张PPT)
第八章 平面解析几何
第7节 抛物线
1.理解抛物线的定义、几何图形和标准方程,以及它们的简单几何性质(范围、对称性、顶点、离心率).
2.理解抛物线的简单应用.
目 录
CONTENTS
知识诊断自测
01
考点聚焦突破
02
课时分层精练
03
知识诊断自测
1
ZHISHIZHENDUANZICE
1.抛物线的定义
(1)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______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______.
(2)其数学表达式:{M||MF|=d}(d为点M到准线l的距离).
相等
准线
2.抛物线的标准方程与几何性质
常用结论与微点提醒
×
×
×
√
2.(选修一P138T2(2))抛物线y2=8x上与焦点的距离等于6的点的坐标是____________.
解析 设所求点为P(x0,y0),
3.(选修一P133T1(3)改编)焦点到准线的距离是2的抛物线的标准方程是____________________.
y2=±4x或x2=±4y
解析 由题知p=2,2p=4,但焦点轴不确定,故答案为y2=±4x或x2=±4y.
2
考点聚焦突破
2
KAODIANJUJIAOTUPO
考点一 抛物线的定义和标准方程
B
解析 由题意知抛物线的准线方程为x=-1,
分别过点M,N作准线的垂线,垂足为M′,N′(图略),
根据抛物线的定义得|MF|=|MM′|,|NF|=|NN′|,
所以|MF|+|NF|=|MM′|+|NN′|,
D
解析 如图,分别过点A,B作准线的垂线,交准线于点E,D,
设|BF|=a,则|BC|=2a,
由抛物线的定义得|BD|=a,
故∠BCD=30°,
∴在Rt△ACE中,2|AE|=|AC|,
∵|AE|=|AF|=3,|AC|=3+3a,
∴3+3a=6,解得a=1,
感悟提升
1.“看到准线想到焦点,看到焦点想到准线”,许多抛物线问题均可根据定义获得简捷、直观的求解.“由数想形,由形想数,数形结合”是灵活解题的一条捷径.
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.
训练1 (1)(2024·兰州质检)在平面直角坐标系Oxy中,动点P(x,y)到直线x=1的距离比它到定点(-2,0)的距离小1,则P的轨迹方程为( )
A.y2=2x B.y2=4x C.y2=-4x D.y2=-8x
D
解析 由题意知动点P(x,y)到直线x=2的距离与到定点(-2,0)的距离相等,
由抛物线的定义知,P的轨迹是以(-2,0)为焦点,x=2为准线的抛物线,
所以p=4,轨迹方程为y2=-8x.
(2)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,准线为l,点A是抛物线C上一点,AD⊥l,交l于D.若|AF|=4,∠DAF=60°,则抛物线C的方程为________.
y2=4x
解析 根据抛物线的定义可得|AD|=|AF|=4,
又∠DAF=60°,
所以4-p=2,解得p=2,
所以抛物线C的方程为y2=4x.
考点二 抛物线的几何性质
角度1 焦半径和焦点弦
例2 (1)(2024·武汉调研)设抛物线y2=6x的焦点为F,准线为l,P是抛物线上位于第一象限内的一点,过P作l的垂线,垂足为Q,若直线QF的倾斜角为120°,则|PF|=( )
A.3 B.6 C.9 D.12
B
(2)过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F作倾斜角为45°的直线交抛物线于A,B两点,若线段AB的长为8,则p=________.
2
设A(x1,y1),B(x2,y2),
根据抛物线的定义,得|AB|=x1+x2+p=4p=8,∴p=2.
A
解析 由抛物线定义可知点P到准线l的距离等于点P到焦点F的距离,由抛物线y2=4x及直线方程3x+4y+7=0可得直线与抛物线相离.
(2)设P是抛物线y2=4x上的一个动点,F为抛物线的焦点,若B(3,2),则|PB|+|PF|的最小值为________.
4
解析 如图,过点B作BQ垂直于准线,交准线于点Q,交抛物线于点P1,
连接P1F,
则|P1Q|=|P1F|.
又F(1,0),
则有|PB|+|PF|≥|P1B|+|P1Q|=|BQ|=4,
即|PB|+|PF|的最小值为4.
迁移 若将本例(2)中的“B(3,2)”改为“B(3,4)”,则|PB|+|PF|的最小值为________.
解析 由题意可知点B(3,4)在抛物线的外部,
因为|PB|+|PF|的最小值即为B,F两点间的距离,
感悟提升
与抛物线有关的最值问题的两个转化策略
转化策略一:将抛物线上的点到准线的距离转化为该点到焦点的距离,构造出“两点之间线段最短”“三角形两边之和大于第三边”,使问题得以解决.
转化策略二:将抛物线上的点到焦点的距离转化为到准线的距离,利用“与直线上所有点的连线中垂线段最短”原理解决.
3
解析 由题意得焦点F(1,0),设直线l为x=λy+1(λ≠0),
代入抛物线方程得y2-4λy-4=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
由韦达定理得y1y2=-4,①
(2)(2024·南京调研)P是抛物线y2=8x上的动点,P到y轴的距离为d1,到圆C:(x+3)2+(y-3)2=4上动点Q的距离为d2,则d1+d2的最小值为___________.
解析 圆C:(x+3)2+(y-3)2=4的圆心为C(-3,3),抛物线y2=8x的焦点为F(2,0),点P到y轴的距离为d1,到圆C上动点Q的距离为d2,
如图,连接PC,PF,FC,
则d1=|PF|-2,d2≥|PC|-2,
设FC与抛物线的交点为P′,
由图可知当点P在P′的位置时,d1+d2取得最小值,最小值是|FC|减去圆的半径再减去抛物线焦点到原点的距离,
考点三 抛物线的综合问题
感悟提升
1.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.
2.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.
训练3 过抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点F作直线l与抛物线C交于A,B两点,当点A的纵坐标为1时,|AF|=2.
(1)求抛物线C的方程;
解 ∵点M(-2,y0)在抛物线C上,
∴(x1+2)(x2+2)+(y1-1)(y2-1)=0,
∴-4+8k+4-4k2=0,
解得k=2或k=0.
当k=0时,l过点M,舍去,∴k=2,
∴直线l的方程为y=2x+1.
拓展视野 抛物线中的二级结论
B
解析 [通法]易知直线l的斜率存在,设为k,则其方程为y=k(x-1).
因为|AF|=2|BF|,
由抛物线的定义得xA+1=2(xB+1),即xA=2xB+1,②
C
解析 [通法]设A(x1,y1),B(x2,y2),
(3)(2024·武汉调研)过抛物线y2=8x焦点的直线与抛物线交于M,N两点,设抛物线的准线与x轴的交点为A,当MA⊥NA时,|MN|=________.
8
解析 [通法]由题意可知A(-2,0),焦点坐标为(2,0).
设过抛物线焦点的直线方程为x=ky+2,
代入y2=8x,消去x,得y2-8ky-16=0.
设M(xM,yM),N(xN,yN),则yMyN=-16,
所以8+2(xM+xN)=16,即xM+xN=4,
所以由抛物线的定义知|MN|=xM+xN+4=8.
即(xM+2)(xN+2)+yMyN=0,
得4+2(xM+xN)+4-16=0,
∴xM+xN=4,|MN|=xM+xN+4=8.
训练 (1)(2024·广州联考)直线y=x-1过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F,且与C交于A,B两点,则|AB|=( )
A.2 B.4 C.6 D.8
D
解析 焦点F(1,0),∴p=2,
2
课时分层精练
3
KESHIFENCENGJINGLIAN
A
2.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
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.
A
解析 抛物线C:y2=8x的准线方程为x=-2.
设M(x0,y0),由抛物线的定义可知,点M到焦点F(2,0)的距离等于其到准线x=-2的距离,
所以|MF|=x0+2=8,所以x0=6.
因为点M(x0,y0)在抛物线C:y2=8x上,
4.已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,直线l与抛物线C相交于A,B两点,且与y轴相交于点P,若|PA|=3|PB|,|AF|=8,|BF|=4,则p=( )
A.1 B.2 C.3 D.4
D
解析 过点A,B分别作抛物线准线的垂线AD,BM,垂足分别为D,M,且AD,BM与y轴分别相交于E,N,
D
解析 由题意可设切线AB的方程为x=ty+m(t>0,m<0),
由Δ=(-4t)2+4×4m=0,得m=-t2,
∴A(-t2,0),B(t2,2t),∴M(0,t).
6.(多选)已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点F到准线的距离为4,直线l过点F且与抛物线交于两点A(x1,y1),B(x2,y2),若M(m,2)是线段AB的中点,则下列结论正确的是( )
A.p=4
B.抛物线方程为y2=16x
C.直线l的方程为y=2x-4
D.|AB|=10
ACD
解析 由焦点F到准线的距离为4,
根据抛物线的定义可知p=4,故A正确;
则抛物线的方程为y2=8x,故B错误;
∴直线l的方程为y=2x-4,故C正确;
又由y1+y2=2(x1+x2)-8=4,得x1+x2=6,
∴|AB|=|AF|+|BF|=x1+x2+4=10,故D正确.
AC
解析 将点A的坐标代入抛物线方程,得5=2p,
9.(2023·天津卷)过原点O的一条直线与圆C:(x+2)2+y2=3相切,交曲线y2=2px(p>0)于点P,若|OP|=8,则p的值为________.
6
解析 由题意得直线OP的斜率存在.
设直线OP的方程为y=kx,
10.(2024·南京、盐城模拟)已知抛物线y2=4x的焦点为F,点P是其准线上一点,过点P作PF的垂线,交y轴于点A,线段AF交抛物线于点B.若PB平行于x轴,则AF的长度为________.
3
解析 易得F(1,0),设P(-1,t),
11.分别求满足下列条件的抛物线的标准方程.
(1)准线方程为2y+4=0;
解 准线方程为2y+4=0,即y=-2,
故抛物线焦点在y轴的正半轴上,
设其方程为x2=2py(p>0).
(2)过点(3,-4);
解 ∵点(3,-4)在第四象限,
∴抛物线开口向右或向下,
设抛物线的标准方程为y2=2px(p>0)或x2=-2p1y(p1>0).
把点(3,-4)的坐标分别代入y2=2px和x2=-2p1y中,
得(-4)2=2p·3,32=-2p1·(-4),
(3)焦点在直线x+3y+15=0上.
解 令x=0得y=-5;
令y=0得x=-15.
∴抛物线的焦点为(0,-5)或(-15,0),
∴所求抛物线的标准方程为x2=-20y或y2=-60x.
12.已知抛物线C:x2=my(m>0)的焦点F到其准线的距离为1.
(1)求抛物线C的方程;
因为m>0,所以m=2.
所以抛物线C的方程为x2=2y.
(2)过F的直线与抛物线C相交于A,B两点,在A,B处分别作抛物线C的切线,两条切线的交点为P,证明:AB⊥FP.
证明 由题意,直线AB的斜率一定存在,
代入抛物线方程x2=2y,
整理得x2-2kx-1=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),P(x0,y0),
则x1+x2=2k,x1x2=-1.
A
解析 设抛物线C:y2=2px,p>0.
显然直线PQ的斜率不为0,
设直线PQ的方程为x=ty+2,
P(xP,yP),Q(xQ,yQ).
将直线PQ的方程代入抛物线C的方程得y2-2pty-4p=0,
∴Δ=4p2t2+16p>0,yP+yQ=2pt,yPyQ=-4p,
∵OP⊥OQ,∴xPxQ+yPyQ=4-4p=0,
∴p=1,此时yP+yQ=2t,xP+xQ=2t2+4,∴M(t2+2,t),
ABC
解析 如图所示,分别过点A,B作抛物线C的准线的垂线,垂足分别为点E,M,连接EF.
设抛物线C的准线交x轴于点P,则|PF|=p.
所以其倾斜角为60°.
因为AE∥x轴,所以∠EAF=60°,
由抛物线的定义可知,|AE|=|AF|,则△AEF为等边三角形,
所以∠EFP=∠AEF=60°,所以∠PEF=30°,
所以|AF|=|EF|=2|PF|=2p=8,得p=4,故A正确.
因为|AE|=|EF|=2|PF|,且PF∥AE,
因为∠DAE=60°,
所以∠ADE=30°,
所以|BD|=2|BM|=2|BF|,故C正确.
15.(2024·福州调研)已知点P在抛物线y2=8x上,点F为该抛物线的焦点,点A的坐标为(6,3),则△PAF周长的最小值为________.
13
解析 由题意可知,点A在抛物线的内部,抛物线的焦点F(2,0),
抛物线的准线方程为x=-2,
如图,过点P作准线的垂线,交准线于点D,
由抛物线的定义可知,|PF|=|PD|,
∴要使得|PA|+|PF|最小,即使得|PA|+|PD|最小,
则当D,P,A三点共线时,|PA|+|PD|取得最小值,
即(|PA|+|PF|)min=6+2=8,
∴△PAF周长的最小值为8+5=13.
16.已知F为抛物线T:x2=4y的焦点,直线l:y=kx+2与T相交于A,B两点.
(1)若k=1,求|FA|+|FB|的值;
解 由已知可得F(0,1),
(2)点C(-3,-2),若∠CFA=∠CFB,求直线l的方程.对点练7 抛物线
【A级 基础巩固】
1.抛物线x2=y的准线方程为( )
A.y=- B.x=-
C.y= D.x=
2.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
3.(2024·合肥质检)已知O为坐标原点,F为抛物线C:y2=8x的焦点,M为C上一点,若|MF|=8,则△MOF的面积为( )
A.4 B.3
C.8 D.3
4.已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,直线l与抛物线C相交于A,B两点,且与y轴相交于点P,若|PA|=3|PB|,|AF|=8,|BF|=4,则p=( )
A.1 B.2
C.3 D.4
5.已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,过x轴负半轴上的动点A作C的一条切线,切点B在第一象限,若M为线段AB的中点,则·的取值范围是( )
A.(1,2] B.(1,2)
C.[1,+∞) D.(1,+∞)
6.(多选)已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点F到准线的距离为4,直线l过点F且与抛物线交于两点A(x1,y1),B(x2,y2),若M(m,2)是线段AB的中点,则下列结论正确的是( )
A.p=4
B.抛物线方程为y2=16x
C.直线l的方程为y=2x-4
D.|AB|=10
7.(多选)(2023·新高考Ⅱ卷)设O为坐标原点,直线y=-(x-1)过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,且与C交于M,N两点,l为C的准线,则( )
A.p=2
B.|MN|=
C.以MN为直径的圆与l相切
D.△OMN为等腰三角形
8.(2023·全国乙卷)已知点A(1,)在抛物线C:y2=2px上,则A到C的准线的距离为____________.
9.(2023·天津卷)过原点O的一条直线与圆C:(x+2)2+y2=3相切,交曲线y2=2px(p>0)于点P,若|OP|=8,则p的值为________.
10.(2024·南京、盐城模拟)已知抛物线y2=4x的焦点为F,点P是其准线上一点,过点P作PF的垂线,交y轴于点A,线段AF交抛物线于点B.若PB平行于x轴,则AF的长度为________.
11.分别求满足下列条件的抛物线的标准方程.
(1)准线方程为2y+4=0;
(2)过点(3,-4);
(3)焦点在直线x+3y+15=0上.
12.已知抛物线C:x2=my(m>0)的焦点F到其准线的距离为1.
(1)求抛物线C的方程;
(2)过F的直线与抛物线C相交于A,B两点,在A,B处分别作抛物线C的切线,两条切线的交点为P,证明:AB⊥FP.
【B级 能力提升】
13.(2024·长沙调研)已知抛物线C的顶点为坐标原点O,焦点F在x轴上,过点(2,0)的直线交C于P,Q两点,且OP⊥OQ,线段PQ的中点为M,则直线MF的斜率的最大值为( )
A. B.
C. D.1
14.(多选)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,直线l的斜率为且经过点F,与抛物线C交于A,B两点(点A在第一象限),与抛物线C的准线交于点D,若|AF|=8,则以下结论正确的是( )
A.p=4 B.=
C.|BD|=2|BF| D.|BF|=4
15.(2024·福州调研)已知点P在抛物线y2=8x上,点F为该抛物线的焦点,点A的坐标为(6,3),则△PAF周长的最小值为________.
16.已知F为抛物线T:x2=4y的焦点,直线l:y=kx+2与T相交于A,B两点.
(1)若k=1,求|FA|+|FB|的值;
(2)点C(-3,-2),若∠CFA=∠CFB,求直线l的方程.
对点练7 抛物线
1.A [由抛物线的标准方程可得,抛物线的焦点位于y轴正半轴上,焦点坐标为,准线方程为y=-.]
2.B [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.A [抛物线C:y2=8x的准线方程为x=-2.
设M(x0,y0),由抛物线的定义可知,点M到焦点F(2,0)的距离等于其到准线x=-2的距离,
所以|MF|=x0+2=8,
所以x0=6.
因为点M(x0,y0)在抛物线C:y2=8x上,
所以y=8×6=48,则|y0|=4,
所以S△MOF=|OF|·|y0|=×2×4=4.]
4.D [过点A,B分别作抛物线准线的垂线AD,BM,垂足分别为D,M,且AD,BM与y轴分别相交于E,N,
则△PAE∽△PBN,得=.
由抛物线的定义知|AF|=|AD|,|BF|=|BM|,
则=====3,解得p=4.]
5.D [由题意可设切线AB的方程为x=ty+m(t>0,m<0),则A(m,0),
由得y2-4ty-4m=0,
由Δ=(-4t)2+4×4m=0,得m=-t2,
∴A(-t2,0),B(t2,2t),∴M(0,t).
结合F(1,0),得=(t2-1,2t),=(-1,t),
∴·=-(t2-1)+2t2=t2+1>1.]
6.ACD [由焦点F到准线的距离为4,
根据抛物线的定义可知p=4,故A正确;
则抛物线的方程为y2=8x,故B错误;
则y=8x1,y=8x2,
若M(m,2)是线段AB的中点,则y1+y2=4,
∴y-y=8x1-8x2,即===2,
∴直线l的方程为y=2x-4,故C正确;
又由y1+y2=2(x1+x2)-8=4,得x1+x2=6,
∴|AB|=|AF|+|BF|=x1+x2+4=10,故D正确.]
7.AC [对于A,因为直线y=-(x-1)经过抛物线C的焦点,且直线与x轴的交点为(1,0),
所以抛物线C的焦点坐标为(1,0),
所以=1,即p=2,所以A正确;
对于B,不妨设M(x1,y1),N(x2,y2),x1
消去y并整理得3x2-10x+3=0,
解得x1=,x2=3.
由抛物线的定义得,
|MN|=x1+x2+p=+2=,故B错误;
对于C,法一 由以上分析易知,l的方程为x=-1,以MN为直径的圆的圆心坐标为(,-),半径r=|MN|==+1,
所以以MN为直径的圆与l相切,故C正确;
法二 由二级结论——以抛物线焦点弦为直径的圆与抛物线的准线相切,易知C正确;
对于D,由B知M,N(3,-2),
所以由两点间距离公式可得
|OM|=,|ON|=,
又|MN|=,故D错误.]
8. [将点A的坐标代入抛物线方程,得5=2p,
于是y2=5x,则抛物线的准线方程为x=-,
所以A到准线的距离为1-(-)=.]
9.6 [由题意得直线OP的斜率存在.
设直线OP的方程为y=kx,
因为该直线与圆C相切,
所以=,解得k2=3.
将直线方程y=kx与曲线方程y2=2px(p>0)联立,得k2x2-2px=0,
因为k2=3,
所以3x2-2px=0,解得x=0或,
设P(x1,y1),则x1=,又O(0,0),
所以|OP|=|x1-0|=2×=8,
解得p=6.]
10.3 [易得F(1,0),设P(-1,t),
则kPF==-,所以kPA=,
直线PA的方程为y-t=(x+1),
即y=x++t,
易得A,B,A,B,F共线,
所以=,得t2=2,
所以|AF|===3.]
11.解 (1)准线方程为2y+4=0,即y=-2,
故抛物线焦点在y轴的正半轴上,
设其方程为x2=2py(p>0).
又=2,∴2p=8,
故所求抛物线的标准方程为x2=8y.
(2)∵点(3,-4)在第四象限,
∴抛物线开口向右或向下,
设抛物线的标准方程为
y2=2px(p>0)或x2=-2p1y(p1>0).
把点(3,-4)的坐标分别代入y2=2px和x2=-2p1y中,
得(-4)2=2p·3,32=-2p1·(-4),
则2p=,2p1=.
∴所求抛物线的标准方程为y2=x或x2=-y.
(3)令x=0得y=-5;令y=0得x=-15.
∴抛物线的焦点为(0,-5)或(-15,0),
∴所求抛物线的标准方程为x2=-20y或y2=-60x.
12.(1)解 抛物线C的焦点为F,准线方程为y=-,所以焦点F到其准线的距离为=1,
因为m>0,所以m=2.
所以抛物线C的方程为x2=2y.
(2)证明 由题意,直线AB的斜率一定存在,
设直线AB的方程为y=kx+,
代入抛物线方程x2=2y,
整理得x2-2kx-1=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),P(x0,y0),
则x1+x2=2k,x1x2=-1.
函数y=x2的导函数为y′=x,
故抛物线在点A处的切线方程为
y-y1=x1(x-x1),化简得y=x1x-,
同理,抛物线在点B处的切线方程为y=x2x-,
联立上述两切线方程,
解得x0==k,y0==-.
因为=(x2-x1,y2-y1)=(x2-x1)(1,k),=,
所以·=(x2-x1)=(x2-x1)=0,
所以AB⊥FP.
13.A [设抛物线C:y2=2px,p>0.
显然直线PQ的斜率不为0,
设直线PQ的方程为x=ty+2,
P(xP,yP),Q(xQ,yQ).
将直线PQ的方程代入抛物线C的方程得y2-2pty-4p=0,
∴Δ=4p2t2+16p>0,yP+yQ=2pt,yPyQ=-4p,
∴xPxQ==4.
∵OP⊥OQ,∴xPxQ+yPyQ=4-4p=0,
∴p=1,此时yP+yQ=2t,xP+xQ=2t2+4,
∴M(t2+2,t),
又F,∴直线MF的斜率
kMF==,
当t=0时,kMF=0,
当t≠0时,kMF==≤,
当且仅当t2=时取等号.
∴直线MF的斜率的最大值为.]
14.ABC [如图所示,分别过点A,B作抛物线C的准线的垂线,垂足分别为点E,M,连接EF.
设抛物线C的准线交x轴于点P,则|PF|=p.
因为直线l的斜率为,
所以其倾斜角为60°.
因为AE∥x轴,
所以∠EAF=60°,
由抛物线的定义可知,
|AE|=|AF|,则△AEF为等边三角形,
所以∠EFP=∠AEF=60°,所以∠PEF=30°,
所以|AF|=|EF|=2|PF|=2p=8,
得p=4,故A正确.
因为|AE|=|EF|=2|PF|,且PF∥AE,
所以F为AD的中点,则=,故B正确.
因为∠DAE=60°,所以∠ADE=30°,
所以|BD|=2|BM|=2|BF|,故C正确.
因为|BD|=2|BF|,
所以|BF|=|DF|=|AF|=,故D错误.]
15.13 [由题意可知,点A在抛物线的内部,抛物线的焦点F(2,0),
抛物线的准线方程为x=-2,
△PAF的周长为|PA|+|PF|+|AF|,
|AF|==5.
如图,过点P作准线的垂线,交准线于点D,
由抛物线的定义可知,|PF|=|PD|,
∴要使得|PA|+|PF|最小,即使得|PA|+|PD|最小,
则当D,P,A三点共线时,|PA|+|PD|取得最小值,
即(|PA|+|PF|)min=6+2=8,
∴△PAF周长的最小值为8+5=13.]
16.解 由已知可得F(0,1),
设A,B,
由得x2-4kx-8=0,
所以x1+x2=4k,①
x1x2=-8.②
(1)|FA|+|FB|=+1++1=+2.
当k=1时,由①②得|FA|+|FB|=10.
(2)由题意可知=,=,=(-3,-3).
由∠CFA=∠CFB,
得cos〈,〉=cos〈,〉,
即=,
又|FA|=+1,|FB|=+1,
所以=,
可得4+2(x1+x2)-x1x2=0,
即4+8k+8=0.解得k=-,
所以所求直线l的方程为3x+2y-4=0.