《2020版高中數(shù)學(xué) 第二章 圓錐曲線(xiàn)與方程 專(zhuān)題突破二 焦點(diǎn)弦的性質(zhì)學(xué)案(含解析)新人教B版選修2-1.docx》由會(huì)員分享,可在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)《2020版高中數(shù)學(xué) 第二章 圓錐曲線(xiàn)與方程 專(zhuān)題突破二 焦點(diǎn)弦的性質(zhì)學(xué)案(含解析)新人教B版選修2-1.docx(15頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
專(zhuān)題突破二 焦點(diǎn)弦的性質(zhì)
拋物線(xiàn)的焦點(diǎn)弦是考試的熱點(diǎn),有關(guān)拋物線(xiàn)的焦點(diǎn)弦性質(zhì)較為豐富,對(duì)拋物線(xiàn)焦點(diǎn)弦性質(zhì)進(jìn)行研究獲得一些重要結(jié)論,往往能給解題帶來(lái)新思路,有利于解題過(guò)程的優(yōu)化.
一、焦點(diǎn)弦性質(zhì)的推導(dǎo)
例1 拋物線(xiàn)y2=2px(p>0),設(shè)AB是拋物線(xiàn)的過(guò)焦點(diǎn)的一條弦(焦點(diǎn)弦),F(xiàn)是拋物線(xiàn)的焦點(diǎn),A(x1,y1),B(x2,y2)(y1>0,y2<0),A,B在準(zhǔn)線(xiàn)上的射影為A1,B1.
證明:(1)x1x2=,y1y2=-p2;
(2)若直線(xiàn)AB的傾斜角為θ,則|AF|=,|BF|=;
(3)|AB|=x1+x2+p=(其中θ為直線(xiàn)AB的傾斜角),拋物線(xiàn)的通徑長(zhǎng)為2p,通徑是最短的焦點(diǎn)弦;
(4)+=為定值;
(5)S△OAB=(θ為直線(xiàn)AB的傾斜角);
(6)以AB為直徑的圓與拋物線(xiàn)的準(zhǔn)線(xiàn)相切;
(7)A,O,B1三點(diǎn)共線(xiàn),B,O,A1三點(diǎn)也共線(xiàn).
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
證明 (1)①當(dāng)AB⊥x軸時(shí),
不妨設(shè)A,B,
∴y1y2=-p2,x1x2=.
②當(dāng)AB的斜率存在時(shí),設(shè)為k(k≠0),
則直線(xiàn)AB的方程為y=k,
代入拋物線(xiàn)方程y2=2px,
消元得y2=2p,
即y2--p2=0,
∴y1y2=-p2,x1x2=.
(2)當(dāng)θ≠90時(shí),過(guò)A作AG⊥x軸,交x軸于G,
由拋物線(xiàn)定義知|AF|=|AA1|,
在Rt△AFG中,|FG|=|AF|cosθ,
由圖知|GG1|=|AA1|,
則p+|AF|cosθ=|AF|,得|AF|=,
同理得|BF|=;
當(dāng)θ=90時(shí),可知|AF|=|BF|=p,
對(duì)于|AF|=,|BF|=亦成立,
∴|AF|=,|BF|=.
(3)|AB|=|AF|+|BF|=x1+x2+p
=+=≥2p,
當(dāng)且僅當(dāng)θ=90時(shí)取等號(hào).
故通徑為最短的焦點(diǎn)弦.
(4)由(2)可得,
+=+=.
(5)當(dāng)θ=90時(shí),S△OAB=2p=,
故滿(mǎn)足S△OAB=;
當(dāng)θ≠90時(shí),設(shè)直線(xiàn)AB:y=tanθ,
原點(diǎn)O到直線(xiàn)AB的距離
d==sinθ,
S△OAB=|AB|=sinθ=.
(6)如圖:⊙M的直徑為AB,過(guò)圓心M作MM1垂直于準(zhǔn)線(xiàn)于點(diǎn)M1,
則|MM1|===,
故以AB為直徑的圓與準(zhǔn)線(xiàn)相切.
(7)設(shè)直線(xiàn)AB的方程:x=my+,
代入y2=2px得y2-2pmy-p2=0.
由(1)可得y1y2=-p2.
因?yàn)锽B1∥x軸,∴B1,即B1,
=====kOA,
所以∥且公共點(diǎn)為O,
所以直線(xiàn)AB1過(guò)點(diǎn)O.
所以A,O,B1三點(diǎn)共線(xiàn),
同理得B,O,A1三點(diǎn)共線(xiàn).
二、焦點(diǎn)弦性質(zhì)的應(yīng)用
例2 (1)設(shè)F為拋物線(xiàn)C:y2=3x的焦點(diǎn),過(guò)F且傾斜角為30的直線(xiàn)交C于A,B兩點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn),則△OAB的面積為( )
A.B.C.D.
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
答案 D
解析 方法一 由題意可知,直線(xiàn)AB的方程為
y=,
代入拋物線(xiàn)的方程可得4y2-12y-9=0,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則y1+y2=3,y1y2=-,
故所求三角形的面積為=.
方法二 運(yùn)用焦點(diǎn)弦傾斜角相關(guān)的面積公式,
則S△OAB===.
(2)已知F為拋物線(xiàn)C:y2=4x的焦點(diǎn),過(guò)F作兩條互相垂直的直線(xiàn)l1,l2,直線(xiàn)l1與C交于A,B兩點(diǎn),直線(xiàn)l2與C交于D,E兩點(diǎn),則|AB|+|DE|的最小值為( )
A.16B.14C.12D.10
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
答案 A
解析 方法一 拋物線(xiàn)C:y2=4x的焦點(diǎn)為F(1,0),
由題意可知l1,l2的斜率存在且不為0.
不妨設(shè)直線(xiàn)l1的斜率為k,
l1:y=k(x-1),l2:y=-(x-1),
由消去y得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則x1+x2==2+,
由拋物線(xiàn)的定義可知,|AB|=x1+x2+2=2++2=4+.
同理得|DE|=4+4k2,
∴|AB|+|DE|=4++4+4k2=8+4≥8+8=16,
當(dāng)且僅當(dāng)=k2,即k=1時(shí)取等號(hào),
故|AB|+|DE|的最小值為16.
方法二 運(yùn)用焦點(diǎn)弦的傾斜角公式,注意到兩條弦互相垂直,設(shè)直線(xiàn)AB的傾斜角為θ,則θ≠且θ≠0,
因此|AB|+|DE|=+
=+==≥16.
當(dāng)且僅當(dāng)θ=或π時(shí),等號(hào)成立.
點(diǎn)評(píng) 上述兩道題目均是研究拋物線(xiàn)的焦點(diǎn)弦問(wèn)題,涉及拋物線(xiàn)焦點(diǎn)弦長(zhǎng)度與三角形面積,從高考客觀(guān)題快速解答的要求來(lái)看,常規(guī)解法顯然小題大做了,而利用焦點(diǎn)弦性質(zhì),可以快速解決此類(lèi)小題.
跟蹤訓(xùn)練 過(guò)拋物線(xiàn)y2=2x的焦點(diǎn)F作直線(xiàn)交拋物線(xiàn)于A,B兩點(diǎn),若|AB|=,|AF|<|BF|,則|AF|=________.
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
答案
解析 由于y2=2x的焦點(diǎn)坐標(biāo)為,由題意知A,B所在直線(xiàn)的斜率存在,
設(shè)A,B所在直線(xiàn)的方程為y=k,A(x1,y1),B(x2,y2),x1
0)的焦點(diǎn),且與該拋物線(xiàn)交于A,B兩點(diǎn),若線(xiàn)段AB的長(zhǎng)是8,AB的中點(diǎn)到y(tǒng)軸的距離是2,則此拋物線(xiàn)的方程是( )
A.y2=-12x B.y2=-8x
C.y2=-6x D.y2=-4x
答案 B
解析 設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),根據(jù)拋物線(xiàn)的定義可知|AB|=-(x1+x2)+p=8.
又AB的中點(diǎn)到y(tǒng)軸的距離為2,∴-=2,
∴x1+x2=-4,∴p=4,
∴所求拋物線(xiàn)的方程為y2=-8x.故選B.
4.過(guò)拋物線(xiàn)y2=4x的焦點(diǎn)作直線(xiàn)交拋物線(xiàn)于點(diǎn)A(x1,y1),B(x2,y2),若|AB|=7,則AB的中點(diǎn)M到拋物線(xiàn)準(zhǔn)線(xiàn)的距離為_(kāi)_______________.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案
解析 拋物線(xiàn)的焦點(diǎn)為F(1,0),準(zhǔn)線(xiàn)方程為x=-1.由拋物線(xiàn)定義知|AB|=|AF|+|BF|=x1+x2+p,即x1+x2+2=7,得x1+x2=5,于是弦AB的中點(diǎn)M的橫坐標(biāo)為,又準(zhǔn)線(xiàn)方程為x=-1,因此點(diǎn)M到拋物線(xiàn)準(zhǔn)線(xiàn)的距離為+1=.
5.過(guò)拋物線(xiàn)焦點(diǎn)F的直線(xiàn)與拋物線(xiàn)相交于A,B兩點(diǎn),若點(diǎn)A,B在拋物線(xiàn)準(zhǔn)線(xiàn)上的射影分別為A1,B1,則∠A1FB1為_(kāi)_______.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 90
解析 設(shè)拋物線(xiàn)方程為y2=2px(p>0),如圖.
∵|AF|=|AA1|,|BF|=|BB1|,
∴∠AA1F=∠AFA1,∠BFB1=∠FB1B.
又AA1∥Ox∥B1B,
∴∠A1FO=∠FA1A,∠B1FO=∠FB1B,
∴∠A1FB1=∠AFB=90.
一、選擇題
1.已知AB是過(guò)拋物線(xiàn)y=2x2的焦點(diǎn)的弦,若|AB|=4,則AB的中點(diǎn)的縱坐標(biāo)是( )
A.1B.2C.D.
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
答案 D
解析 如圖所示,設(shè)AB的中點(diǎn)為P(x0,y0),分別過(guò)A,P,B三點(diǎn)作準(zhǔn)線(xiàn)l的垂線(xiàn),垂足分別為A′,Q,B′,
由題意得|AA′|+|BB′|=|AB|=4,|PQ|==2,
又|PQ|=y(tǒng)0+,∴y0+=2,∴y0=.
2.若拋物線(xiàn)y2=2px(p>0)上三個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)的平方成等差數(shù)列,那么這三個(gè)點(diǎn)到拋物線(xiàn)焦點(diǎn)F的距離的關(guān)系是( )
A.成等差數(shù)列
B.既成等差數(shù)列又成等比數(shù)列
C.成等比數(shù)列
D.既不成等比數(shù)列也不成等差數(shù)列
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 A
解析 設(shè)三點(diǎn)為P1(x1,y1),P2(x2,y2),P3(x3,y3),
則y=2px1,y=2px2,y=2px3,
因?yàn)?y=y(tǒng)+y,
所以x1+x3=2x2,
即|P1F|-+|P3F|-=2,
所以|P1F|+|P3F|=2|P2F|.
3.拋物線(xiàn)x2=4y的焦點(diǎn)為F,過(guò)點(diǎn)F作斜率為的直線(xiàn)l與拋物線(xiàn)在y軸右側(cè)的部分相交于點(diǎn)A,過(guò)點(diǎn)A作拋物線(xiàn)準(zhǔn)線(xiàn)的垂線(xiàn),垂足為H,則△AHF的面積是( )
A.4B.3C.4D.8
答案 C
解析 由拋物線(xiàn)的定義可得|AF|=|AH|,∵AF的斜率為,∴AF的傾斜角為30,∵AH垂直于準(zhǔn)線(xiàn),
∴∠FAH=60,故△AHF為等邊三角形.設(shè)A,m>0,過(guò)F作FM⊥AH于M,則在△FAM中,|AM|=|AF|,∴-1=,解得m=2,故等邊三角形AHF的邊長(zhǎng)|AH|=4,∴△AHF的面積是44sin60=4.故選C.
4.過(guò)拋物線(xiàn)y2=2px(p>0)的焦點(diǎn)F作傾斜角為60的直線(xiàn)l交拋物線(xiàn)于A,B兩點(diǎn),且|AF|>|BF|,則的值為( )
A.3B.2C.D.
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
答案 A
解析 由拋物線(xiàn)的性質(zhì)可知,
|AF|=,|BF|=,
∴==3.
5.已知拋物線(xiàn)y2=4x的焦點(diǎn)為F,過(guò)焦點(diǎn)F的直線(xiàn)與拋物線(xiàn)交于點(diǎn)A(x1,y1),B(x2,y2),則y+y的最小值為( )
A.4B.6C.8D.10
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
答案 C
解析 由焦點(diǎn)弦的性質(zhì)知,
y1y2=-4,即|y1||y2|=4,
則y+y≥2|y1||y2|=8,
當(dāng)且僅當(dāng)|y1|=|y2|=2時(shí),取等號(hào).
故y+y的最小值為8.
6.過(guò)拋物線(xiàn)y2=4x的焦點(diǎn)F的直線(xiàn)交拋物線(xiàn)于A,B兩點(diǎn),點(diǎn)O是坐標(biāo)原點(diǎn),則|AF||BF|的最小值是( )
A.2B.C.4D.2
答案 C
解析 設(shè)直線(xiàn)AB的傾斜角為θ,可得|AF|=,|BF|=,則|AF||BF|==≥4.
7.如圖,過(guò)拋物線(xiàn)y2=2px(p>0)的焦點(diǎn)F的直線(xiàn)l交拋物線(xiàn)于點(diǎn)A,B,交其準(zhǔn)線(xiàn)于點(diǎn)C,若|BC|=3|BF|,且|AF|=4,則p的值為( )
A. B.2
C. D.
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
答案 C
解析 設(shè)直線(xiàn)l的傾斜角為θ,
由焦點(diǎn)弦的性質(zhì)知,|BF|=,|AF|=,
∴解得
8.設(shè)拋物線(xiàn)C:y2=4x的焦點(diǎn)為F,直線(xiàn)l過(guò)F且與C交于A,B兩點(diǎn).若|AF|=3|BF|,則l的方程為( )
A.y=x-1或y=-x+1
B.y=(x-1)或y=-(x-1)
C.y=(x-1)或y=-(x-1)
D.y=(x-1)或y=-(x-1)
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
答案 C
解析 當(dāng)cosθ>0時(shí),|AF|=,|BF|=.
由|AF|=3|BF|,∴=,
即cosθ=,此時(shí)tanθ=,
當(dāng)cosθ<0時(shí),|AF|=,|BF|=,
由|AF|=3|BF|,∴=,
即cosθ=-,此時(shí)tanθ=-,故選C.
9.直線(xiàn)l過(guò)拋物線(xiàn)C:y2=4x的焦點(diǎn)F,交拋物線(xiàn)C于A,B兩點(diǎn),則+的取值范圍為( )
A.{1} B.(0,1]
C.[1,+∞) D.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 A
解析 易知焦點(diǎn)F(1,0),準(zhǔn)線(xiàn)方程為x=-1.
當(dāng)直線(xiàn)l的斜率存在時(shí),設(shè)為k,
則直線(xiàn)l的方程為y=k(x-1),
代入拋物線(xiàn)方程,得k2(x-1)2=4x.
化簡(jiǎn)為k2x2-(2k2+4)x+k2=0.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則有x1x2=1,
根據(jù)拋物線(xiàn)性質(zhì)可知,|AF|=x1+1,|BF|=x2+1,
∴+=+
==1.
當(dāng)直線(xiàn)l的斜率不存在時(shí),
則直線(xiàn)l:x=1,此時(shí)|BF|=|AF|=2,
∴+=1,
綜上,+=1.
10.如圖,過(guò)拋物線(xiàn)x2=4y焦點(diǎn)的直線(xiàn)依次交拋物線(xiàn)和圓x2+(y-1)2=1于點(diǎn)A,B,C,D,則|AB||CD|的值是( )
A.8 B.4
C.2 D.1
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 D
解析 易知,直線(xiàn)斜率存在,設(shè)為k,
由得y2-(4k2+2)y+1=0,
∵|AB|=|AF|-1=y(tǒng)A,|CD|=|DF|-1=y(tǒng)D,
∴|AB||CD|=y(tǒng)AyD=1.
二、填空題
11.一條直線(xiàn)過(guò)點(diǎn),且與拋物線(xiàn)y2=x交于A,B兩點(diǎn).若|AB|=4,則弦AB的中點(diǎn)到直線(xiàn)x+=0的距離等于________.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案
解析 ∵拋物線(xiàn)y2=x的焦點(diǎn)坐標(biāo)為,準(zhǔn)線(xiàn)方程為x=-,
∴直線(xiàn)AB為過(guò)焦點(diǎn)的直線(xiàn),
∴AB的中點(diǎn)到準(zhǔn)線(xiàn)的距離==2,
∴弦AB的中點(diǎn)到直線(xiàn)x+=0的距離等于2+=.
12.過(guò)拋物線(xiàn)y2=4x的焦點(diǎn)F的直線(xiàn)交該拋物線(xiàn)于A,B兩點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn).若|AF|=3,則△AOB的面積為_(kāi)_______.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案
解析 由題意知拋物線(xiàn)y2=4x的焦點(diǎn)為F(1,0),準(zhǔn)線(xiàn)方程為l:x=-1,可得A點(diǎn)的橫坐標(biāo)為2,不妨設(shè)A(2,2),則直線(xiàn)AB的方程為y=2(x-1),與y2=4x聯(lián)立,得2x2-5x+2=0,可得B,所以S△AOB=S△AOF+S△BOF=1|yA-yB|=.
13.設(shè)F為拋物線(xiàn)y2=4x的焦點(diǎn),A,B,C為該拋物線(xiàn)上三點(diǎn),若++=0,則||+||+||=________.
考點(diǎn) 拋物線(xiàn)中過(guò)焦點(diǎn)的弦長(zhǎng)問(wèn)題
題點(diǎn) 與弦長(zhǎng)有關(guān)的其它問(wèn)題
答案 6
解析 設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3),又F(1,0).
由++=0知(x1-1)+(x2-1)+(x3-1)=0,
即x1+x2+x3=3,
||+||+||=x1+x2+x3+p=6.
三、解答題
14.如圖,拋物線(xiàn)的頂點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn),圓x2+y2=4x的圓心是拋物線(xiàn)的焦點(diǎn),直線(xiàn)l過(guò)拋物線(xiàn)的焦點(diǎn)且斜率為2,直線(xiàn)l交拋物線(xiàn)和圓依次于A,B,C,D四點(diǎn).
(1)求拋物線(xiàn)的方程;
(2)求|AB|+|CD|的值.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
解 (1)由圓的方程x2+y2=4x,即(x-2)2+y2=4,
可知圓心為F(2,0),半徑為2,
又由拋物線(xiàn)的焦點(diǎn)為已知圓的圓心,得到拋物線(xiàn)焦點(diǎn)為F(2,0),
故拋物線(xiàn)方程為y2=8x.
(2)|AB|+|CD|=|AD|-|BC|,
∵|BC|為已知圓的直徑,∴|BC|=4,
則|AB|+|CD|=|AD|-4,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
∵|AD|=|AF|+|FD|,而A,D在拋物線(xiàn)上,
由已知可知直線(xiàn)l的方程為y=2(x-2),
由消去y,
得x2-6x+4=0,∴x1+x2=6,
∴|AD|=6+4=10,
因此|AB|+|CD|=10-4=6.
15.已知M為拋物線(xiàn)y2=2px(p>0)上一動(dòng)點(diǎn),A(a,0)(a>0)為其對(duì)稱(chēng)軸上一點(diǎn),直線(xiàn)MA與拋物線(xiàn)的另一個(gè)交點(diǎn)為N.當(dāng)A為拋物線(xiàn)的焦點(diǎn)且直線(xiàn)MA與其對(duì)稱(chēng)軸垂直時(shí),△OMN的面積為.
(1)求拋物線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)記t=+,若t的值與M點(diǎn)位置無(wú)關(guān),則稱(chēng)此時(shí)的點(diǎn)A為“穩(wěn)定點(diǎn)”,試求出所有“穩(wěn)定點(diǎn)”,若沒(méi)有,請(qǐng)說(shuō)明理由.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
解 (1)由題意知,當(dāng)直線(xiàn)MA與拋物線(xiàn)對(duì)稱(chēng)軸垂直時(shí),
S△MON=|OA||MN|=2p==,
∴p=3,
故拋物線(xiàn)C的標(biāo)準(zhǔn)方程為y2=6x.
(2)設(shè)M(x1,y1),N(x2,y2),
直線(xiàn)MN的方程為x=my+a,
聯(lián)立得y2-6my-6a=0,
所以Δ=36m2+24a>0,
y1+y2=6m,y1y2=-6a,
由對(duì)稱(chēng)性,不妨設(shè)m>0,
因?yàn)閍>0,所以y1y2=-6a<0,
所以y1,y2異號(hào),
又t=+=+
=
t2=
=
=
=.
所以,當(dāng)且僅當(dāng)-1=0即a=時(shí),t與m無(wú)關(guān),A為穩(wěn)定點(diǎn).
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