2022年高考数学高三大一轮复习第8章解析几何8.7抛物线

发布于 2021-11-14 17:58 ,所属分类:数学资料学习库

2022年高考数学高三大一轮复习

第8章 解析几何

§8.7 抛物线

§8.7 抛物线

考试要求1.了解抛物线的定义、几何图形和标准方程,以及它们的简单几何性质.2.通过圆锥曲线与方程的学习,进一步体会数形结合的思想.



1.抛物线的概念

(1)定义: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.

(2)焦点:点F叫做抛物线的焦点.

(3)准线:直线l叫做抛物线的准线.

2.抛物线的标准方程和简单几何性质

标准方程

y2=2px(p>0)

y2=-2px(p>0)

x2=2py(p>0)

x2=-2py(p>0)

图形





范围

x≥0,y∈R

x≤0,y∈R

y≥0,x∈R

y≤0,x∈R

焦点





准线方程

x=-

x=

y=-

y=

对称轴

x轴

y轴

顶点

(0,0)

离心率

e=1

微思考

1.抛物线定义中,若l经过点F,则点的轨迹会怎样?

提示 若l经过点F,则到F与到l距离相等的点的轨迹是过点F且与l垂直的直线.

2.怎样计算抛物线的焦半径(抛物线上的点到焦点的距离)?抛物线的焦点弦的最小值是多少?

提示 抛物线y2=2px(p>0)上一点P(x0,y0)到焦点的距离(焦半径)为x0+;抛物线的焦点弦的最小值是2p(通径的长度).


题组一 思考辨析

1.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,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)若直线与抛物线只有一个交点,则直线与抛物线一定相切.(×)

题组二 教材改编

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.9B.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.抛物线y2=8x上到其焦点F距离为5的点的个数为______.

答案 2

解析 设P(x1,y1),则|PF|=x1+2=5,得x1=3,y1=±2.故满足条件的点的个数为2.

4.已知A(2,0),B为抛物线y2=x上一点,则|AB|的最小值为________.

答案

解析 设点B(x,y),则x=y2≥0,

所以|AB|====.

所以当x=时,|AB|取得最小值,且|AB|min=.

题组三 易错自纠

5.(多选)顶点在原点,对称轴为坐标轴且过点P(-2,3)的抛物线的标准方程是()

A.y2=x B.x2=y

C.y2=-x D.x2=-y

答案BC

解析 设抛物线的标准方程是y2=kx或x2=my,代入点P(-2,3),解得k=-,m=,

所以y2=-x或x2=y.

6.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______.

答案 [-1,1]

解析 Q(-2,0),当直线l的斜率不存在时,不满足题意,故设直线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=64(1-k2)≥0,

解得-1≤k≤1.


题型一抛物线的定义和标准方程

1.(2020·全国Ⅰ)已知A为抛物线C:y2=2px(p>0)上一点,点A到C的焦点的距离为12,到y轴的距离为9,则p等于()

A.2B.3 C.6 D.9

答案 C

解析 设A(x,y),由抛物线的定义知,点A到准线的距离为12,即x+=12.

又因为点A到y轴的距离为9,即x=9,

所以9+=12,

解得p=6.

2.设抛物线y2=2px的焦点在直线2x+3y-8=0上,则该抛物线的准线方程为()

A.x=-4 B.x=-3

C.x=-2 D.x=-1

答案A

解析 直线2x+3y-8=0与x轴的交点为(4,0),∴抛物线y2=2px的焦点为(4,0),∴准线方程为x=-4.

3.动圆过点(1,0),且与直线x=-1相切,则动圆的圆心的轨迹方程为__________.

答案y2=4x

解析 设动圆的圆心坐标为(x,y),则圆心到点(1,0)的距离与到直线x=-1的距离相等,根据抛物线的定义易知动圆的圆心的轨迹方程为y2=4x.

4.(2020·佛山模拟)已知抛物线x2=2py(p>0)的焦点为F,准线为l,点P(4,y0)在抛物线上,K为l与y轴的交点,且|PK|=|PF|,则y0=________,p=________.

答案24

解析 作PM⊥l,垂足为M,由抛物线定义知|PM|=|PF|,又知|PK|=|PF|,

∴在Rt△PKM中,sin∠PKM===,

∴∠PKM=45°,∴△PMK为等腰直角三角形,∴|PM|=|MK|=4,又知点P在抛物线x2=2py(p>0)上,

∴解得

思维升华 (1)应用抛物线定义的两个关键点

①由抛物线定义,把抛物线上点到焦点距离与到准线距离相互转化.②抛物线焦点到准线的距离为p.

(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.


题型二抛物线的几何性质及应用

命题点1 焦半径和焦点弦

例1 (1)已知抛物线y2=2px(p>0)上横坐标为4的点到此抛物线焦点的距离为9,则该抛物线的焦点到准线的距离为()

A.4 B.9

C.10 D.18

答案 C

解析 抛物线y2=2px的焦点为,准线方程为x=-.

由题意可得4+=9,解得p=10,

所以该抛物线的焦点到准线的距离为10.

(2)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,O为坐标原点,则△OAB的面积为()

A. B. C. D.

答案 D

解析 由已知得焦点坐标为F,

因此直线AB的方程为y=,即4x-4y-3=0.

方法一 联立直线方程与抛物线方程化简得4y2-12y-9=0,Δ>0显然成立,

则yA+yB=3,yAyB=-,

故|yA-yB|==6.

因此S△OAB=|OF||yA-yB|=××6=.

方法二 联立直线方程与抛物线方程得x2-x+=0,

Δ>0显然成立,故xA+xB=.

根据抛物线的定义有|AB|=xA+xB+p=+=12,

同时原点到直线AB的距离为d==,

因此S△OAB=|AB|·d=.

命题点2 与抛物线有关的最值问题

例2 (1)已知抛物线y2=4x,过焦点F的直线与抛物线交于A,B两点,过A,B分别作y轴的垂线,垂足分别为C,D,则|AC|+|BD|的最小值为________.

答案 2

解析 由题意知F(1,0),|AC|+|BD|=|AF|+|FB|-2=|AB|-2,即|AC|+|BD|取得最小值时当且仅当|AB|取得最小值.依据抛物线定义知,当|AB|为通径,即|AB|=2p=4时为最小值,所以|AC|+|BD|的最小值为2.

(2)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=.

思维升华 (1)由抛物线的方程可以确定抛物线的开口方向、焦点位置、焦点到准线的距离,从而进一步确定抛物线的焦点坐标及准线方程.

(2)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.

跟踪训练1 (1)已知抛物线x2=4y上有一条长为6的动弦AB,则AB的中点到x轴的最短距离为()

A. B. C.1 D.2

答案 D

解析 由题意知,抛物线的准线l:y=-1,过点A作AA1⊥l交l于点A1,过点B作BB1⊥l交l于点B1,设弦AB的中点为M,过点M作MM1⊥l交l于点M1,则|MM1|=.因为|AB|≤|AF|+|BF|(F为抛物线的焦点),即|AF|+|BF|≥6,所以|AA1|+|BB1|≥6,2|MM1|≥6,|MM1|≥3,故点M到x轴的距离d≥2,故选D.

(2)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.2B. 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.故选A.


题型三直线与抛物线

例3 (2021·湖州模拟)如图,已知抛物线x2=y,点A,B,抛物线上的点P(x,y).过点B作直线AP的垂线,垂足为Q.


(1)求直线AP斜率的取值范围;

(2)求|PA|·|PQ|的最大值.

解(1)设直线AP的斜率为k,

k==x-,

因为-<x<,

所以直线AP斜率的取值范围是(-1,1).

(2)联立直线AP与BQ的方程


解得点Q的横坐标是xQ=.

因为|PA|==(k+1),

|PQ|=(xQ-x)=-,

所以|PA|·|PQ|=-(k-1)(k+1)3.

令f(k)=-(k-1)(k+1)3,因为f′(k)=-(4k-2)(k+1)2,

所以f(k)在区间上单调递增,上单调递减,

因此当k=时,|PA|·|PQ|取得最大值.

思维升华 (1)求解直线与抛物线问题,一般利用方程法,但涉及抛物线的弦长、中点、距离等问题时,要注意“设而不求”“整体代入”“点差法”以及定义的灵活应用.

(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(设焦点在x轴的正半轴上),可直接使用公式|AB|=x1+x2+p,若不过焦点,则可用弦长公式.

跟踪训练2 (1)(2020·济南期末)直线y=x+b交抛物线y=x2于A,B两点,O为抛物线顶点,OA⊥OB,则b的值为()

A.-1B.0 C.1 D.2

答案D

解析 设A(x1,y1),B(x2,y2),将y=x+b代入y=x2,化简可得x2-2x-2b=0,故x1+x2=2,x1x2=-2b,所以y1y2=x1x2+b(x1+x2)+b2=b2.又OA⊥OB,所以x1x2+y1y2=0,即-2b+b2=0,则b=2或b=0,经检验b=0时,不符合题意,故b=2.

(2)已知F为抛物线C:y2=4x的焦点,过F作两条互相垂直的直线l1,l2,直线l1与C交于A,B两点,直线l2与C交于D,E两点,则|AB|+|DE|的最小值为()

A.16B.14 C.12 D.10

答案A

解析 抛物线C:y2=4x的焦点为F(1,0),由题意可知l1,l2的斜率存在且不为0.不妨设直线l1的斜率为k,则直线l2的斜率为-,故l1:y=k(x-1),

l2:y=-(x-1).

由消去y得k2x2-(2k2+4)x+k2=0.

设A(x1,y1),B(x2,y2),∴x1+x2==2+,

由抛物线定义可知,|AB|=x1+x2+2=4+.

同理得|DE|=4+4k2,

∴|AB|+|DE|=8+4k2+≥8+2=16.

当且仅当=k2,即k=±1时取等号.

故|AB|+|DE|的最小值为16.

课时精练


1.(2019·全国Ⅱ)若抛物线y2=2px(p>0)的焦点是椭圆+=1的一个焦点,则p等于()

A.2B.3 C.4 D.8

答案 D

解析 由题意知,抛物线的焦点坐标为,椭圆的焦点坐标为(±,0),所以=,解得p=8,故选D.

2.(2020·全国Ⅲ)设O为坐标原点,直线x=2与抛物线C:y2=2px(p>0)交于D,E两点,若OD⊥OE,则C的焦点坐标为()

A. B. C.(1,0) D.(2,0)

答案 B

解析 方法一 ∵抛物线C关于x轴对称,

∴D,E两点关于x轴对称.

可得出直线x=2与抛物线的两交点的坐标分别为(2,2),(2,-2).

不妨设D(2,2),E(2,-2),

则=(2,2),=(2,-2).

又∵OD⊥OE,

∴·=4-4p=0,解得p=1,

∴C的焦点坐标为.

方法二 ∵抛物线C关于x轴对称,

∴D,E两点关于x轴对称.

∵OD⊥OE,∴D,E两点横、纵坐标的绝对值均相等.

不妨设点D(2,2),将点D的坐标代入C:y2=2px,

得4=4p,解得p=1,故C的焦点坐标为.

3.中国古代桥梁的建筑艺术,有不少是世界桥梁史上的创举,充分显示了中国劳动人民的非凡智慧.一个抛物线型拱桥,当水面离拱顶2 m时,水面宽8 m.若水面下降1m,则水面宽度为()


A.2m B.4m C.4m D.12m

答案B

解析 由题意,以拱桥顶点为原点,建立平面直角坐标系,


设抛物线方程为x2=-2py(p>0),

由题意知,抛物线经过点A(-4,-2)和点B(4,-2),

代入抛物线方程解得p=4,

所以抛物线方程为x2=-8y,

水面下降1米,即y=-3,解得x1=2,x2=-2,

所以此时水面宽度d=2x1=4.

4.(2020·北京)设抛物线的顶点为O,焦点为F,准线为l.P是抛物线上异于O的一点,过P作PQ⊥l于Q,则线段FQ的垂直平分线()

A.经过点O B.经过点P

C.平行于直线OP D.垂直于直线OP

答案 B

解析 如图所示,P为抛物线上异于O的一点,


则|PF|=|PQ|,

∴QF的垂直平分线经过点P.

5.(多选)设抛物线y=ax2(a>0)的准线与对称轴交于点P,过点P作抛物线的两条切线,切点分别为A和B,则()

A.点P的坐标为

B.直线AB的方程为y=

C.PA⊥PB

D.|AB|=

答案ABC

解析 由y=ax2得,x2=y,则焦点F.

∵a>0,∴2p=,∴p=,

其准线方程为y=-,∴P,A正确;

设切线方程为y=kx-(k≠0),由

得ax2-kx+=0,

令Δ=k2-4×a×=0,解得k=±1.

∴设切点A,B,

因此直线AB的方程为y=,B正确;

又=,=,

∴·=-+=0.

从而⊥,即PA⊥PB,C正确;

|AB|==,D错误.

6.(多选)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,斜率为且经过点F的直线l与抛物线C交于A,B两点(点A在第一象限),与抛物线的准线交于点D,若|AF|=4,则以下结论正确的是()

A.p=2 B.F为AD的中点

C.|BD|=2|BF| D.|BF|=2

答案ABC

解析 如图.


F,直线l的斜率为,

则直线l的方程为y=,

联立

得12x2-20px+3p2=0.

解得xA=p,xB=p,

由|AF|=p+=2p=4,得p=2.

∴抛物线方程为y2=4x.

xB=p=,

则|BF|=+1=;

|BD|===,

∴|BD|=2|BF|,

|BD|+|BF|=+=4,则F为AD的中点.

故选ABC.

7.(2020·新高考全国Ⅰ)斜率为的直线过抛物线C:y2=4x的焦点,且与C交于A,B两点,则|AB|=________.

答案 

解析 如图,由题意得,抛物线焦点为F(1,0),


设直线AB的方程为y=(x-1).

由

得3x2-10x+3=0.

设A(x1,y1),B(x2,y2),

则x1+x2=,所以|AB|=x1+x2+2=.

8.已知直线l是抛物线y2=2px(p>0)的准线,半径为3的圆过抛物线顶点O和焦点F与l相切,则抛物线的方程为________.

答案 y2=8x

解析 ∵半径为3的圆与抛物线的准线l相切,

∴圆心到准线的距离等于3,

又∵圆心在OF的垂直平分线上,|OF|=,

∴+=3,∴p=4,故抛物线的方程为y2=8x.

9.直线l过抛物线C:y2=2px (p > 0)的焦点F(1,0),且与C交于A,B两点,则p=____,+=________.

答案21

解析 由题意知=1,从而p=2,

所以抛物线方程为y2=4x.

当直线AB的斜率不存在时,将x=1代入抛物线方程,解得|AF|=|BF|=2,

从而+=1.

当直线AB的斜率存在时,设AB的方程为y=k(x-1),

联立

整理,得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,

设A(x1,y1),B(x2,y2),

则

从而+=+===1.

综上,+=1.

10.点P为抛物线y2=4x上的动点,点A(2,1)为平面内定点,F为抛物线焦点,则:

(1)|PA|+|PF|的最小值为________;

(2)|PA|-|PF|的最小值为________,最大值为________.

答案 (1)3(2)-

解析 (1)如图1,由抛物线定义可知,|PF|=|PH|,|PA|+|PF|=|PA|+|PH|,从而最小值为A到准线的距离为3.


(2)如图2,当P,A,F三点共线,且P在FA延长线上时,|PA|-|PF|有最小值为-|AF|=-.当P,A,F三点共线,且P在AF延长线上时,|PA|-|PF|有最大值为|AF|=.故|PA|-|PF|的最小值为-,最大值为.

11.定长为3的线段AB的端点A,B在抛物线y2=x上移动,求AB的中点到y轴距离的最小值,并求出此时AB中点的坐标.

解 如图所示,F是抛物线y2=x的焦点,


过A,B两点作准线的垂线,垂足分别为C,D,

过AB的中点M作准线的垂线MN,垂足为N,

则|MN|=(|AC|+|BD|).

连接AF,BF,由抛物线的定义知|AC|=|AF|,|BD|=|BF|,

所以|MN|=(|AF|+|BF|)≥|AB|=.

设点M的横坐标为x,则|MN|=x+,

所以x≥-=.

当弦AB过点F时等号成立,

此时,点M到y轴的距离最短,最短距离为.

设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=2x.

当x=时,易知y1y2=-p2=-,

所以(y1+y2)2=y+y+2y1y2=2x-=2.

所以y1+y2=±,得y=±,即M.

12.(2021·沈阳模拟)已知抛物线C:x2=2py(p>0),其焦点到准线的距离为2,直线l与抛物线C交于A,B两点,过A,B分别作抛物线C的切线l1,l2,且l1与l2交于点M.

(1)求p的值;

(2)若l1⊥l2,求△MAB面积的最小值.

解(1)由题意知,抛物线焦点为,

准线方程为y=-,

焦点到准线的距离为2,即p=2.

(2)由(1)知抛物线的方程为x2=4y,

即y=x2,所以y′=x,

设A(x1,y1),B(x2,y2),

l1:y-=(x-x1),

l2:y-=(x-x2),

由于l1⊥l2,所以·=-1,

即x1x2=-4.

设直线l的方程为y=kx+m,与抛物线方程联立,

得

所以x2-4kx-4m=0,Δ=16k2+16m>0,

x1+x2=4k,x1x2=-4m=-4,所以m=1,即l:y=kx+1.

联立方程得即M(2k,-1).

M点到直线l的距离d==,

|AB|==4(1+k2),

所以S=×4(1+k2)×=≥4,

当k=0时,△MAB的面积取得最小值4.


13.抛物线x2=4y的焦点为F,过点F作斜率为的直线l与抛物线在y轴右侧的部分相交于点A,过点A作抛物线准线的垂线,垂足为H,则△AHF的面积是()

A.4B.3 C.4 D.8

答案 C

解析 由抛物线的定义可得|AF|=|AH|,

∵AF的斜率为,∴直线AF的倾斜角为30°,

∵AH垂直于准线,∴∠FAH=60°,

故△AHF为等边三角形.

设A,m>0,

过F作FM⊥AH于M,则在Rt△FAM中,

|AM|=|AF|,∴-1=,

解得m=2,故等边三角形AHF的边长|AH|=4,

∴△AHF的面积是×4×4sin 60°=4.故选C.

14.过抛物线C:x2=4y的焦点F作直线l交C于A,B两点,设D(0,3).若(+)·=0,则弦AB的长为________.

答案 4

解析 若(+)·=0,

则线段AB的垂直平分线过点D.

设A(x1,y1),B(x2,y2),

则x=4y1,x=4y2,

两式相减得x1+x2==4kAB,

即kAB=,

则弦AB的中点与点D(0,3)的连线的斜率k==-,

所以y1+y2=2,

所以|AB|=y1+y2+2=4.


15.(2020·湖南名校大联考)已知P为抛物线C:y=x2上一动点,直线l:y=2x-4与x轴、y轴交于M,N两点,点A(2,-4)且=λ+μ,则λ+μ的最小值为________.

答案 

解析 由题意得M(2,0),N(0,-4),

设P(x,y),由=λ+μ得(x-2,y+4)=λ(0,4)+μ(-2,0),

∴x-2=-2μ,y+4=4λ.

因此λ+μ=-=-+2=2+≥,故λ+μ的最小值为.

16.过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F作一条倾斜角为的直线与抛物线相交于A,B两点.

(1)用p表示A,B之间的距离;

(2)证明:∠AOB的大小是与p无关的定值,并求出这个值.

解(1)焦点F,过点F且倾斜角为的直线方程是y=x-.

由得x2-3px+=0.

设A(xA,yA),B(xB,yB),则xA+xB=3p,xAxB=,

故|AB|=xA+xB+p=4p.

(2)在△AOB中,由余弦定理可知,

cos∠AOB==

===-.

即∠AOB的大小是与p无关的定值,

且cos∠AOB=-.

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