(共48张PPT)
3.3 抛物线
3.3.1 抛物线的标准方程
1.掌握抛物线的标准方程,能根据已知条件求抛物线的标准方程.
2.能根据抛物线的标准方程求焦点坐标和准线方程.
3.能利用抛物线的定义和标准方程求最值.
课标要求
素养要求
借助抛物线标准方程的推导,培养数学运算素养.
2.借助最值问题,提升直观想象与逻辑推理素养.
课前预习
课堂互动
分层训练
内容索引
课前预习
知识探究
1
1.抛物线的定义
平面内到一个定点F和一条定直线l(F不在l上)的__________的点的轨迹叫作________.定点F叫作抛物线的______,定直线l叫作抛物线的______.
距离相等
抛物线
焦点
准线
2.抛物线的标准方程
y2=2px(p>0)
y2=-2px(p>0)
x2=2py(p>0)
x2=-2py(p>0)
1.思考辨析,判断正误
(1)标准方程y2=2px(p>0)中的p的几何意义是焦点到准线的距离.(
)
(2)若点P到点F(1,0)的距离和到直线x=-2的距离相等,则点P的轨迹是抛物线.(
)
(3)若点P到点F(1,0)的距离和到直线x+y-1=0的距离相等,则点P的轨迹是抛物线.(
)
提示 由于定点F(1,0)在直线x+y-1=0上,所以点P的轨迹不是抛物线.
(4)若点P到点F(1,0)的距离比到直线x=-2的距离小1,则点P的轨迹是抛物线.(
)
√
√
×
√
C
A.y2=8x
B.y2=4x
C.y2=2x
D.y2=±8x
D
即为(-2,0)或(2,0),所以抛物线的方程为y2=8x或y2=-8x.
4
课堂互动
题型剖析
2
题型一 求抛物线的标准方程
【例1】 分别求满足下列条件的抛物线的标准方程.
(1)焦点为(-2,0);
∴p=4,
∴抛物线的标准方程为y2=-8x.
(2)准线为y=-1;
∴p=2,
∴抛物线的标准方程为x2=4y.
(3)过点A(2,3);
解
由题意,抛物线方程可设为y2=mx(m≠0)或x2=ny(n≠0),
将点A(2,3)的坐标代入,
得32=m·2或22=n·3,
∴所求抛物线的标准方程为
y2=5x或y2=-5x或x2=5y或x2=-5y.
求抛物线的标准方程:
求抛物线方程都是先定位,即根据题中条件确定抛物线的焦点位置;后定量,即求出方程中的p值,从而求出方程.
1.定义法:先判定所求点的轨迹是否符合抛物线的定义,进而求出方程.
2.待定系数法:先设出抛物线的方程,再根据题中条件,确定参数值.
(1)对于对称轴确定,开口方向也确定的抛物线,
根据题设中的条件设出其标准方程:y2=2px(p>0)或y2=-2px(p>0),或x2=2py(p>0),或x2=-2py(p>0)进行求解,关键是能够依据抛物线的几何性质首先确定出抛物线方程的形式,然后采用待定系数法求出其标准方程.
思维升华
(2)对于对称轴确定,而开口方向不确定的抛物线:
当焦点在x轴上时,可将抛物线方程设为y2=ax(a≠0);
当焦点在y轴上时,可将抛物线方程设为x2=ay(a≠0),
再根据条件求a.
思维升华
【训练1】 分别求满足下列条件的抛物线的标准方程:
(1)过点(3,-4);
解 法一 ∵点(3,-4)在第四象限,
∴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,
得(-4)2=2p·3,32=-2p1·(-4),
法二 抛物线的方程可设为y2=ax
(a≠0)或x2=by
(b≠0).
(2)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.
【例2】 (1)设P是曲线y2=4x上的一个动点,求点P到点B(-1,-1)的距离与点P到直线x=-1的距离之和的最小值;
题型二 抛物线的标准方程及定义的应用
解 ∵抛物线的顶点为O(0,0),p=2,
∴准线方程为x=-1,焦点F坐标为(1,0),
∴点P到点B(-1,-1)的距离与点P到准线x=-1的距离之
和等于PB+PF.
如图,PB+PF≥BF,当B,P,F三点共线时取得最小值,
(2)已知抛物线y2=2x的焦点是F,点P是抛物线上的动点,又有点A(3,2),求PA+PF的最小值,并求出取得最小值时点P的坐标.
解
将x=3代入抛物线方程y2=2x,
∴A在抛物线内部.
由定义知PA+PF=PA+d.
抛物线定义在求最值中的应用:
1.解此类最值、定值问题时,首先要注意抛物线定义的转化应用,其次是注意平面几何知识的应用,例如两点之间线段最短,三角形中三边间的不等关系,点与直线上点的连线垂线段最短等.
2.数形结合思想是求解几何最值的常用方法之一.
思维升华
【训练2】 已知定长为3的线段AB的端点A,B在抛物线y2=x上移动,求AB的中点M到y轴距离的最小值.
解 如图,设点F是抛物线y2=x的焦点,过A,B两点分
别作其准线的垂线AC,BD,过AB的中点M作准线的垂线
MN,C,D,N为垂足,
由抛物线的定义,知AC=AF,BD=BF,
【例3】 河上有一抛物线形拱桥,当水面距拱桥顶5
m时,水面宽为8
m,一小船宽4
m,高2
m,载货后船露出水面上的部分高0.75
m,问:水面上涨到与抛物线拱桥拱顶相距多少米时,小船开始不能通航?
题型三 抛物线的实际应用问题
解 如图,以拱桥的拱顶为原点,以过拱顶且平行于水面的直线为x轴,
建立平面直角坐标系.设抛物线方程为x2=-2py(p>0),由题意可知,
又知船面露出水面上的部分高为0.75
m,所以h=|yA|+0.75=2(m).
所以水面上涨到与抛物线形拱桥拱顶相距2
m时,小船开始不能通航.
(1)解决本题的关键是把实际问题转化为数学问题,利用数学模型,通过数学语言(文字、符号、图形、字母等)表达、分析、解决问题.
(2)以抛物线为数学模型的实例很多,如拱桥、隧道、喷泉等,应用抛物线解决问题主要体现在:①建立适当的平面直角坐标系,求抛物线的标准方程;②利用已求方程求点的坐标.
思维升华
(3)求解抛物线实际应用题的步骤:
思维升华
【训练3】 如图所示,一辆卡车高3
m,宽1.6
m,欲通过断
面为抛物线形的隧道,已知拱口AB宽恰好是拱高CD的4倍,
若拱口宽为a
m,求能使卡车通过的a的最小整数值.
解 以拱顶为原点,拱高所在直线为y轴,建立如图所示的平面直角坐标系.
设抛物线方程为x2=-2py(p>0),
∵点B在抛物线上,
∴抛物线方程为x2=-ay.
1.牢记2个知识点
(1)抛物线的定义.
(2)抛物线的标准方程.
2.掌握2种解决问题的方法
(1)求标准方程的方法.
(2)运用定义解决有关距离的最值问题.
3.注意1个易错点
忽视标准方程的特征而致误.
课堂小结
分层训练
素养提升
3
一、选择题
1.抛物线y2=-8x的焦点坐标是( )
A.(2,0)
B.(-2,0)
C.(4,0)
D.(-4,0)
B
解析 ∵y2=-8x,∴p=4,
∴焦点坐标为(-2,0).
2.若动点P与定点F(1,1)和直线l:3x+y-4=0的距离相等,则动点P的轨迹是( )
A.椭圆
B.双曲线
C.抛物线
D.直线
D
解析 法一 设动点P的坐标为(x,y).
整理,得x2+9y2+4x-12y-6xy+4=0,
即(x-3y+2)2=0,∴x-3y+2=0.
所以动点P的轨迹为直线.
法二 显然定点F(1,1)在直线l:3x+y-4=0上,
则与定点F和直线l距离相等的动点P的轨迹是过F点且与直线l垂直的一条直线.
3.顶点在原点,对称轴是y轴,并且顶点与焦点的距离等于3的抛物线的标准方程是( )
A.x2=±3y
B.y2=±6x
C.x2=±12y
D.x2=±6y
C
解析 ∵顶点与焦点的距离等于3,
∴2p=12,
又∵对称轴是y轴,
∴抛物线的标准方程为x2=±12y.
4.(多选题)对标准形式的抛物线,给出下列条件:
①焦点在y轴上;②焦点在x轴上;③抛物线上横坐标为1的点到焦点的距离等
于6;④由原点向过焦点的某直线作垂线,垂足坐标为(2,1).
其中满足抛物线方程为y2=10x的是( )
A.①
B.②
C.③
D.④
BD
解析 抛物线y2=10x的焦点在x轴上,②满足,①不满足;
若由原点向该直线作垂线,垂足为(2,1)时,则k=-2,
此时满足条件的直线存在,所以④满足.故选BD.
5.已知点P是抛物线x2=4y上的动点,点P在x轴上的射影是点Q,点A的坐标是
(8,7),则PA+PQ的最小值为( )
A.7
B.8
C.9
D.10
C
解析 由抛物线方程,知抛物线的焦点为F(0,1),准线方程为y=-1.连接PF,并延长PQ交准线于点M,根据抛物线的定义知,PF=PM=PQ+1.
当且仅当A,P,F三点共线时,等号成立,
则PA+PQ的最小值为9.故选C.
二、填空题
6.抛物线方程为7x+4y2=0,则焦点坐标为________.
8.已知动圆M经过点A(3,0),且与直线l:x=-3相切,则动圆圆心M的轨迹方程为______________.
y2=12x
解析 设动点M(x,y),圆M与直线l:x=-3的切点为N,则MA=MN,
即动点M到定点A(3,0)和定直线l:x=-3的距离相等,且点A不在直线l上,
所以点M的轨迹是抛物线,且以A(3,0)为焦点,以直线l:x=-3为准线,
∴圆心M的轨迹方程是y2=12x.
解 因为交点在第一象限,抛物线的顶点在原点,其准线垂直于x轴,
所以可设抛物线方程为y2=2px(p>0),
所以抛物线方程为y2=4x,准线方程为x=-1,
由此知道双曲线方程中c=1,焦点为(-1,0),(1,0),
10.如图所示,一隧道内设双行线公路,其截面由长方形的三条
边和抛物线的一段构成,为保证安全,要求行驶车辆顶部
(设为平顶)与隧道顶部在竖直方向上高度之差至少要有0.5米.
(1)以隧道的顶点为原点O,其对称轴所在的直线为y轴,建立平面直角坐标系(如图),求该抛物线的方程;
(2)若行车道总宽度AB为7米,请计算通过隧道的车辆限制高度为多少米(精确到0.1米).
解 (1)依题意,设该抛物线的方程为x2=-2py(p>0),
如图所示,因为点C(5,-5)在抛物线上,
所以该抛物线的方程为x2=-5y.
(2)设车辆高h米,则|DB|=h+0.5,
故D(3.5,h-6.5),
代入方程x2=-5y,解得h=4.05,
所以车辆通过隧道的限制高度为4.0米.
11.已知抛物线方程为y2=4x,直线l的方程为x-y+4=0,在抛物线上有一动点P到y轴的距离为d1,到直线l的距离为d2,则d1+d2的最小值为( )
D
解析 抛物线焦点为F(1,0),过P作PA与准线垂直,垂足为A,作PB与l垂直,垂足为B,
则d1+d2=PA+PB-1=PF+PB-1,
显然当P,F,B三点共线(即P点在由F向l作垂线的垂线段上)时,
ABC
A.p=2
B.F为AD的中点
C.BD=2BF
D.BF=2
解析 如图所示,作AH⊥准线于点H,AM⊥x轴于点M,
BE⊥准线于点E.
设准线与x轴的交点为N.
∵p=2,∴NF=FM=2,故△AMF≌△DNF,
∴F为AD的中点,故B正确.
∴BD=2BE=2BF,故C正确.
∵BD=2BF,BD+BF=DF=AF=4,
由抛物线的定义知动点M的轨迹是以F为焦点,l为准线的抛物线,其方程应为y2=2px(p>0)的形式.
所以p=1,2p=2.
故点M的轨迹方程为y2=2x(x≠0).
A.4
B.8
C.16
D.32
B
解析 如图所示,易得F(2,0),过点P作PN⊥l,垂足为N.
本节内容结束3.3 抛物线
3.3.1 抛物线的标准方程
课标要求
素养要求
1.掌握抛物线的标准方程,能根据已知条件求抛物线的标准方程.2.能根据抛物线的标准方程求焦点坐标和准线方程.3.能利用抛物线的定义和标准方程求最值.
借助抛物线标准方程的推导,培养数学运算素养.2.借助最值问题,提升直观想象与逻辑推理素养.
自主梳理
1.抛物线的定义
平面内到一个定点F和一条定直线l(F不在l上)的距离相等的点的轨迹叫作抛物线.定点F叫作抛物线的焦点,定直线l叫作抛物线的准线.
2.抛物线的标准方程
图形
标准方程
焦点坐标
准线方程
y2=2px(p>0)
x=-
y2=-2px(p>0)
x=
x2=2py(p>0)
y=-
x2=-2py(p>0)
y=
自主检验
1.思考辨析,判断正误
(1)标准方程y2=2px(p>0)中的p的几何意义是焦点到准线的距离.(√)
(2)若点P到点F(1,0)的距离和到直线x=-2的距离相等,则点P的轨迹是抛物线.(√)
(3)若点P到点F(1,0)的距离和到直线x+y-1=0的距离相等,则点P的轨迹是抛物线.(×)
提示 由于定点F(1,0)在直线x+y-1=0上,所以点P的轨迹不是抛物线.
(4)若点P到点F(1,0)的距离比到直线x=-2的距离小1,则点P的轨迹是抛物线.(√)
2.抛物线y=-x2的准线方程是( )
A.x=
B.x=
C.y=2
D.y=4
答案 C
解析 将y=-x2化为标准方程x2=-8y,由此可知准线方程为y=2.
3.已知抛物线的顶点在原点,对称轴为x轴,焦点在双曲线-=1上,则抛物线的方程为( )
A.y2=8x
B.y2=4x
C.y2=2x
D.y2=±8x
答案 D
解析 由题意知,抛物线的焦点为双曲线-=1的顶点,即为(-2,0)或(2,0),所以抛物线的方程为y2=8x或y2=-8x.
4.若抛物线y2=2px(p>0)的焦点与椭圆+=1的右焦点重合,则p的值为________.
答案 4
解析 椭圆+=1的右焦点为(2,0),所以抛物线y2=2px(p>0)的焦点为(2,0),则p=4.
题型一 求抛物线的标准方程
【例1】 分别求满足下列条件的抛物线的标准方程.
(1)焦点为(-2,0);
(2)准线为y=-1;
(3)过点A(2,3);
(4)焦点到准线的距离为.
解 (1)由于焦点在x轴的负半轴上,且=2,
∴p=4,
∴抛物线的标准方程为y2=-8x.
(2)∵焦点在y轴正半轴上,且=1,
∴p=2,
∴抛物线的标准方程为x2=4y.
(3)由题意,抛物线方程可设为y2=mx(m≠0)或x2=ny(n≠0),
将点A(2,3)的坐标代入,
得32=m·2或22=n·3,
∴m=或n=.
∴所求抛物线的标准方程为y2=x或x2=y.
(4)由焦点到准线的距离为,可知p=.
∴所求抛物线的标准方程为
y2=5x或y2=-5x或x2=5y或x2=-5y.
思维升华 求抛物线的标准方程:
求抛物线方程都是先定位,即根据题中条件确定抛物线的焦点位置;后定量,即求出方程中的p值,从而求出方程.
1.定义法:先判定所求点的轨迹是否符合抛物线的定义,进而求出方程.
2.待定系数法:先设出抛物线的方程,再根据题中条件,确定参数值.
(1)对于对称轴确定,开口方向也确定的抛物线,
根据题设中的条件设出其标准方程:y2=2px(p>0)或y2=-2px(p>0),或x2=2py(p>0),或x2=-2py(p>0)进行求解,关键是能够依据抛物线的几何性质首先确定出抛物线方程的形式,然后采用待定系数法求出其标准方程.
(2)对于对称轴确定,而开口方向不确定的抛物线:
当焦点在x轴上时,可将抛物线方程设为y2=ax(a≠0);
当焦点在y轴上时,可将抛物线方程设为x2=ay(a≠0),
再根据条件求a.
【训练1】 分别求满足下列条件的抛物线的标准方程:
(1)过点(3,-4);
(2)焦点在直线x+3y+15=0上.
解 (1)法一 ∵点(3,-4)在第四象限,∴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,
得(-4)2=2p·3,32=-2p1·(-4),
即2p=,2p1=.
∴所求抛物线的标准方程为y2=x或x2=-y.
法二 抛物线的方程可设为y2=ax
(a≠0)或x2=by
(b≠0).
把点(3,-4)分别代入,可得a=,b=-.
∴所求抛物线的标准方程为y2=x或x2=-y.
(2)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.
题型二 抛物线的标准方程及定义的应用
【例2】 (1)设P是曲线y2=4x上的一个动点,求点P到点B(-1,-1)的距离与点P到直线x=-1的距离之和的最小值;
(2)已知抛物线y2=2x的焦点是F,点P是抛物线上的动点,又有点A(3,2),求PA+PF的最小值,并求出取得最小值时点P的坐标.
解 (1)∵抛物线的顶点为O(0,0),p=2,
∴准线方程为x=-1,焦点F坐标为(1,0),
∴点P到点B(-1,-1)的距离与点P到准线x=-1的距离之和等于PB+PF.
如图,PB+PF≥BF,当B,P,F三点共线时取得最小值,此时BF==.
(2)将x=3代入抛物线方程y2=2x,得y=±.
∵>2,
∴A在抛物线内部.
设抛物线上点P到准线l:x=-的距离为d,由定义知PA+PF=PA+d.由图可知,当AP⊥l时,PA+d最小,最小值为,即PA+PF的最小值为,此时点P的纵坐标为2,代入y2=2x,得x=2,
∴点P的坐标为(2,2).
思维升华 抛物线定义在求最值中的应用:
1.解此类最值、定值问题时,首先要注意抛物线定义的转化应用,其次是注意平面几何知识的应用,例如两点之间线段最短,三角形中三边间的不等关系,点与直线上点的连线垂线段最短等.
2.数形结合思想是求解几何最值的常用方法之一.
【训练2】 已知定长为3的线段AB的端点A,B在抛物线y2=x上移动,求AB的中点M到y轴距离的最小值.
解 如图,设点F是抛物线y2=x的焦点,过A,B两点分别作其准线的垂线AC,BD,过AB的中点M作准线的垂线MN,C,D,N为垂足,则MN=(AC+BD).
由抛物线的定义,知AC=AF,BD=BF,
∴MN=(AF+BF)≥AB=.
设点M的横坐标为x,
MN=x+,则x≥-=.
当线段AB过焦点F时,等号成立,此时点M到y轴的最短距离为.
题型三 抛物线的实际应用问题
【例3】 河上有一抛物线形拱桥,当水面距拱桥顶5
m时,水面宽为8
m,一小船宽4
m,高2
m,载货后船露出水面上的部分高0.75
m,问:水面上涨到与抛物线拱桥拱顶相距多少米时,小船开始不能通航?
解 如图,以拱桥的拱顶为原点,以过拱顶且平行于水面的直线为x轴,建立平面直角坐标系.设抛物线方程为x2=-2py(p>0),由题意可知,点B(4,-5)在抛物线上,故p=,得x2=-y.当船面两侧和抛物线接触时,船不能通航,设此时船面宽为AA′,则A(2,yA),由22=-yA,得yA=-.又知船面露出水面上的部分高为0.75
m,所以h=|yA|+0.75=2(m).所以水面上涨到与抛物线形拱桥拱顶相距2
m时,小船开始不能通航.
思维升华 (1)解决本题的关键是把实际问题转化为数学问题,利用数学模型,通过数学语言(文字、符号、图形、字母等)表达、分析、解决问题.
(2)以抛物线为数学模型的实例很多,如拱桥、隧道、喷泉等,应用抛物线解决问题主要体现在:①建立适当的平面直角坐标系,求抛物线的标准方程;②利用已求方程求点的坐标.
(3)求解抛物线实际应用题的步骤:
【训练3】 如图所示,一辆卡车高3
m,宽1.6
m,欲通过断面为抛物线形的隧道,已知拱口AB宽恰好是拱高CD的4倍,若拱口宽为a
m,求能使卡车通过的a的最小整数值.
解 以拱顶为原点,拱高所在直线为y轴,建立如图所示的平面直角坐标系.
则点B的坐标为.
设抛物线方程为x2=-2py(p>0),
∵点B在抛物线上,
∴=-2p·,解得p=,
∴抛物线方程为x2=-ay.
将点E(0.8,y)代入抛物线方程,得y=-.
∴点E到拱底AB的距离为
-|y|=->3.
当a=12时,-<3;当a=13时,->3,且-随a的增大而增大,∴a的最小整数值为13.
1.牢记2个知识点
(1)抛物线的定义.
(2)抛物线的标准方程.
2.掌握2种解决问题的方法
(1)求标准方程的方法.
(2)运用定义解决有关距离的最值问题.
3.注意1个易错点
忽视标准方程的特征而致误.
一、选择题
1.抛物线y2=-8x的焦点坐标是( )
A.(2,0)
B.(-2,0)
C.(4,0)
D.(-4,0)
答案 B
解析 ∵y2=-8x,∴p=4,
∴焦点坐标为(-2,0).
2.若动点P与定点F(1,1)和直线l:3x+y-4=0的距离相等,则动点P的轨迹是( )
A.椭圆
B.双曲线
C.抛物线
D.直线
答案 D
解析 法一 设动点P的坐标为(x,y).
则=.
整理,得x2+9y2+4x-12y-6xy+4=0,
即(x-3y+2)2=0,∴x-3y+2=0.
所以动点P的轨迹为直线.
法二 显然定点F(1,1)在直线l:3x+y-4=0上,则与定点F和直线l距离相等的动点P的轨迹是过F点且与直线l垂直的一条直线.
3.顶点在原点,对称轴是y轴,并且顶点与焦点的距离等于3的抛物线的标准方程是( )
A.x2=±3y
B.y2=±6x
C.x2=±12y
D.x2=±6y
答案 C
解析 ∵顶点与焦点的距离等于3,∴=3,
∴2p=12,
又∵对称轴是y轴,
∴抛物线的标准方程为x2=±12y.
4.(多选题)对标准形式的抛物线,给出下列条件:
①焦点在y轴上;②焦点在x轴上;③抛物线上横坐标为1的点到焦点的距离等于6;④由原点向过焦点的某直线作垂线,垂足坐标为(2,1).
其中满足抛物线方程为y2=10x的是( )
A.①
B.②
C.③
D.④
答案 BD
解析 抛物线y2=10x的焦点在x轴上,②满足,①不满足;设M(1,y0)是y2=10x上一点,则MF=1+=1+=≠6,所以③不满足;
由于抛物线y2=10x的焦点为,过该焦点的直线方程为y=k,若由原点向该直线作垂线,垂足为(2,1)时,则k=-2,此时满足条件的直线存在,所以④满足.故选BD.
5.已知点P是抛物线x2=4y上的动点,点P在x轴上的射影是点Q,点A的坐标是(8,7),则PA+PQ的最小值为( )
A.7
B.8
C.9
D.10
答案 C
解析 由抛物线方程,知抛物线的焦点为F(0,1),准线方程为y=-1.连接PF,并延长PQ交准线于点M,根据抛物线的定义知,PF=PM=PQ+1.
∴PA+PQ=PA+PM-1=PA+PF-1≥AF-1=-1=10-1=9,当且仅当A,P,F三点共线时,等号成立,则PA+PQ的最小值为9.故选C.
二、填空题
6.抛物线方程为7x+4y2=0,则焦点坐标为________.
答案
解析 抛物线方程化为y2=-x,所以抛物线开口向左,2p=,=,故焦点坐标为.
7.以椭圆+y2=1的右焦点为焦点的抛物线的标准方程为______________.
答案 y2=4x
解析 由+y2=1得,右焦点为(,0),所以抛物线的标准方程为y2=4x.
8.已知动圆M经过点A(3,0),且与直线l:x=-3相切,则动圆圆心M的轨迹方程为______________.
答案 y2=12x
解析 设动点M(x,y),圆M与直线l:x=-3的切点为N,则MA=MN,
即动点M到定点A(3,0)和定直线l:x=-3的距离相等,且点A不在直线l上,
所以点M的轨迹是抛物线,且以A(3,0)为焦点,以直线l:x=-3为准线,
∴=3,∴p=6.
∴圆心M的轨迹方程是y2=12x.
三、解答题
9.已知抛物线的顶点在原点,它的准线过双曲线-=1(a>0,b>0)的一个焦点,而且与x轴垂直.又抛物线与此双曲线交于点,求抛物线和双曲线的方程.
解 因为交点在第一象限,抛物线的顶点在原点,其准线垂直于x轴,
所以可设抛物线方程为y2=2px(p>0),
将点代入方程求得p=2,
所以抛物线方程为y2=4x,准线方程为x=-1,
由此知道双曲线方程中c=1,焦点为(-1,0),(1,0),点到两焦点距离之差的绝对值为2a=1,
所以a=,b2=c2-a2=,
所以双曲线的标准方程为-=1.
10.如图所示,一隧道内设双行线公路,其截面由长方形的三条边和抛物线的一段构成,为保证安全,要求行驶车辆顶部(设为平顶)与隧道顶部在竖直方向上高度之差至少要有0.5米.
(1)以隧道的顶点为原点O,其对称轴所在的直线为y轴,建立平面直角坐标系(如图),求该抛物线的方程;
(2)若行车道总宽度AB为7米,请计算通过隧道的车辆限制高度为多少米(精确到0.1米).
解 (1)依题意,设该抛物线的方程为x2=-2py(p>0),如图所示,因为点C(5,-5)在抛物线上,
所以52=-2p·(-5),解得p=,
所以该抛物线的方程为x2=-5y.
(2)设车辆高h米,则|DB|=h+0.5,
故D(3.5,h-6.5),
代入方程x2=-5y,解得h=4.05,
所以车辆通过隧道的限制高度为4.0米.
11.已知抛物线方程为y2=4x,直线l的方程为x-y+4=0,在抛物线上有一动点P到y轴的距离为d1,到直线l的距离为d2,则d1+d2的最小值为( )
A.
B.+1
C.-2
D.-1
答案 D
解析 抛物线焦点为F(1,0),过P作PA与准线垂直,垂足为A,作PB与l垂直,垂足为B,
则d1+d2=PA+PB-1=PF+PB-1,
显然当P,F,B三点共线(即P点在由F向l作垂线的垂线段上)时,d1+d2取到最小值,最小值为FB-1=-1.
12.(多选题)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,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=2BF
D.BF=2
答案 ABC
解析 如图所示,作AH⊥准线于点H,AM⊥x轴于点M,BE⊥准线于点E.
直线l的斜率为,故tan∠AFM=,
∴∠AFM=.
又AF=4,故MF=2,AM=2.
∴A,将点A的坐标代入抛物线的方程得p=2(负值舍去),故A正确.
设准线与x轴的交点为N.
∵p=2,∴NF=FM=2,故△AMF≌△DNF,
∴F为AD的中点,故B正确.
∵∠BDE=,
∴BD=2BE=2BF,故C正确.
∵BD=2BF,BD+BF=DF=AF=4,
∴BF=,故D错误.故选ABC.
13.已知位于y轴右侧的动点M到F的距离比它到y轴的距离大,求点M的轨迹方程.
解 由于位于y轴右侧的动点M到F的距离比它到y轴的距离大,所以动点M到F的距离与它到直线l:x=-的距离相等.
由抛物线的定义知动点M的轨迹是以F为焦点,l为准线的抛物线,其方程应为y2=2px(p>0)的形式.
又因为=,
所以p=1,2p=2.
故点M的轨迹方程为y2=2x(x≠0).
14.已知抛物线C:y2=8x的焦点为F,准线l与x轴的交点为M,点P在抛物线上,且PM=PF,则△PMF的面积为( )
A.4
B.8
C.16
D.32
答案 B
解析 如图所示,易得F(2,0),过点P作PN⊥l,垂足为N.
∵PM=PF,PF=PN,
∴PM=PN.
∴MN=PN.
设P,则|t|=+2,
解得t=±4,
∴△PMF的面积为·|t|·MF=×4×4=8.