分析:因为曲线段C上的任一点是以点N为焦点,以 为准线的抛物线的一段,所以本题关键是建立适当坐标系,确定C所满足的抛物线方程.
解:以 为x轴,MN的中点为坐标原点O,建立直角坐标系.
由题意,曲线段C是N为焦点,以 为准线的抛物线的一段,其中A、B分别为曲线段的两端点.
∴设曲线段C满足的抛物线方程为: 其中 、 为A、B的横坐标
令 则 ,
∴由两点间的距离公式,得方程组:
解得 或
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∵△AMN为锐角三角形,∴ ,则 ,
又B在曲线段C上,
则曲线段C的方程为
例7如图所示,设抛物线 与圆 在x轴上方的交点为A、B,与圆 在x由上方的交点为C、D,P为AB中点,Q为CD的中点.(1)求 .(2)求△ABQ面积的最大值.
分析:由于P、Q均为弦AB、CD的中点,故可用韦达定理表示出P、Q两点坐标,由两点距离公式即可求出 .
解:(1)设
由 得: ,
由 得 ,
同 类似,
则 ,
(2)
,∴当 时, 取最大值 .
例8 已知直线 过原点,抛物线 的顶点在原点,焦点在 轴的正半轴上,且点 和点 关于直线 的对称点都在 上,求直线 和抛物线 的方程.
分析:设出直线 和抛物线 的方程,由点 、 关于直线 对称,求出对称点的坐标,分别代入抛物线方程.或设 ,利用对称的几何性质和三角函数知识求解.
解法一:设抛物线 的方程为 ,直线 的方程为 ,
则有点 ,点 关于直线 的对称点为 、 ,
则有 解得
解得
如图, 、 在抛物线上
∴
两式相除,消去 ,整理,得 ,故 ,
由 , ,得 .把 代入,得 .
∴直线 的方程为 ,抛物线 的方程为 .
解法二:设点 、 关于 的对称点为 、 ,
又设 ,依题意,有 , .
故 , .
由 ,知 .
∴ , .
又 , ,故 为第一象限的角.
∴ 、 .
将 、 的坐标代入抛物线方程,得
∴ ,即 从而 , ,
∴ ,得抛物线 的方程为 .
又直线 平分 ,得 的倾斜角为 .
∴ .
∴直线 的方程为 .
说明:
(1)本题属于点关于直线的对称问题.解法一是解对称点问题的基本方法,它的思路明确,但运算量大,若不仔细、沉着,难于解得正确结果.解法二是利用对称图形的性质来解,它的技巧性较强,一时难于想到.
(2)本题是用待定系数法求直线的方程和抛物线方程.在已知曲线的类型求曲线方程时,这种方法是最常规方法,需要重点掌握.
例9 如图,正方形 的边 在直线 上, 、 两点在抛物线 上,求正方形 的面积.
分析:本题考查抛物线的概念及其位置关系,方程和方程组的解法和数形结合的思想方法,以及分析问题、解决问题的能力.
解:∵直线 , ,∴设 的方程为 ,且 、 .
由方程组 ,消去 ,得 ,于是
, ,∴ (其中 )
∴ .
由已知, 为正方形, ,
∴ 可视为平行直线 与 间的距离,则有
,于是得 .
两边平方后,整理得, ,∴ 或 .
当 时,正方形 的面积 .
当 时,正方形 的面积 .
∴正方形 的面积为18或50.
说明:运用方程(组)的思想和方法求某些几何量的值是解析几何中最基本的、贯穿始终的方法,本题应充分考虑正方形这一条件.
例10 设有一颗彗星围绕地球沿一抛物线轨道运行,地球恰好位于抛物线轨道的焦点处,当此彗星离地球为 时,经过地球与彗星的直线与抛物线的轴的夹角为 ,求这彗星与地球的最短距离.
分析:利用抛物线有关性质求解.
解:如图,设彗星轨道方程为 , ,焦点为 ,
彗星位于点 处.直线 的方程为 .
解方程组 得 ,
故 .
.
故 ,得 .
由于顶点为抛物线上到焦点距离最近的点,所以顶点是抛物线上到焦点距离最近的点.焦点到抛物线顶点的距离为 ,所以彗星与地球的最短距离为 或 ,( 点在 点的左边与右边时,所求距离取不同的值).
说明:
(1)此题结论有两个,不要漏解;
(2)本题用到抛物线一个重要结论:顶点为抛物线上的点到焦点距离最近的点,其证明如下:设 为抛物线 上一点,焦点为 ,准线方程为 ,依抛物线定义,有 ,当 时, 最小,故抛物线上到焦点距离最近的点是抛物线的顶点.
例11 如图,抛物线顶点在原点,圆 的圆心是抛物线的焦点,直线 过抛物线的焦点,且斜率为2,直线 交抛物线与圆依次为 、 、 、 四点,求 的值.
分析:本题考查抛物线的定义,圆的概念和性质,以及分析问题与解决问题的能力,本题的关键是把 转化为直线被圆锥曲线所截得的弦长问题.
解:由圆的方程 ,即 可知,圆心为 ,半径为2,又由抛物线焦点为已知圆的圆心,得到抛物线焦点为 ,设抛物线方程为 ,
∵ 为已知圆的直径,∴ ,则 .
设 、 ,∵ ,而 、 在抛物线上,
由已知可知,直线 方程为 ,于是,由方程组
消去 ,得 ,∴ .
∴ ,因此, .
说明:本题如果分别求 与 则很麻烦,因此把 转化成 是关键所在,在求 时,又巧妙地运用了抛物线的定义,从而避免了一些繁杂的运算.
11.已知抛物线y2=2px(p>0),过焦点F的弦的倾斜角为θ(θ≠0),且与抛物线相交于A、B两点.
(1)求证:|AB|= ;
(2)求|AB|的最小值.
(1)证明:如右图,焦点F的坐标为F( ,0).
设过焦点、倾斜角为θ的直线方程为y=tanθ•(x- ),与抛物线方程联立,消去y并整理,得
tan2θ•x2-(2p+ptan2θ)x+ =0.
此方程的两根应为交点A、B的横坐标,根据韦达定理,有x1+x2= .
设A、B到抛物线的准线x=- 的距离分别为|AQ|和|BN|,根据抛物线的定义,有|AB|=|AF|+|FB|=|AQ|+|BN|=x1+x2+p= .
(2)解析:因|AB|= 的定义域是0<θ<π,又sin2θ≤1,
所以,当θ= 时,|AB|有最小值2p.
12.已知抛物线y2=2px(p>0)的一条焦点弦AB被焦点F分成m、n两部分,求证: 为定值,本题若推广到椭圆、双曲线,你能得到什么结论?
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