第2课时 抛物线的标准方程及性质的应用
[学习目标]
1.了解抛物线的简单应用.(逻辑推理、数学运算)
2.掌握直线与抛物线的位置关系及相关问题.(直观想象、数学运算)
探究1 直线与抛物线的位置关系
问题1 类比椭圆、双曲线与直线的位置关系,探究抛物线与直线的位置关系.
[新知生成]
直线与抛物线有三种位置关系:______________、______________和______________.
设直线y=kx+m,抛物线y2=2px(p>0),将y=kx+m代入y2=2px,消去y并化简,得k2x2+2(mk-p)x+m2=0.
(1)k=0时,直线与抛物线只有______________个交点,此时直线平行于抛物线的对称轴或与对称轴重合.
(2)k≠0时,Δ>0 直线与抛物线______________ 有______________个公共点.
Δ=0 直线与抛物线______________ 只有______________个公共点.
Δ<0 直线与抛物线______________ ______________公共点.
[典例讲评] 1.(源自湘教版教材)已知抛物线C:y2=2x,直线l过定点(0,-2).讨论直线l与抛物线的公共点的情况.
[尝试解答]
判断直线与抛物线的位置关系的方法:联立方程组消元,当二次项系数不等于零时,用判别式Δ来判定;当二次项系数等于零时,直线与抛物线相交于一点.
[学以致用] 【链接教材P139习题3.3T12】
1.已知抛物线方程为y2=8x,若过点Q(-2,0)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________.
探究2 弦长问题
[典例讲评] 2.已知直线l:y=x+b与抛物线C:y2=4x.
(1)若直线l与抛物线C相切,求实数b的值;
(2)若直线l与抛物线C相交于A,B两点,且|AB|=8,求直线l的方程.
试完成下列求弦长问题的方法
斜率为k的直线和抛物线交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点时,
(1)对斜率存在的直线才能使用弦长公式,斜率不存在的直线|AB|=|y1-y2|.弦长公式:|AB|=|x1-x2|=或|AB|=|y1-y2|=.
(2)当直线经过抛物线y2=2px(p>0)的焦点时,弦长|AB|=x1+x2+p= (θ为直线的倾斜角).
[学以致用] 2.已知抛物线W:y2=4x的焦点为F,直线y=2x+t与抛物线W相交于A,B两点.
(1)将|AB|表示为t的函数;
(2)若|AB|=3,求△AFB的周长.
[尝试解答]
探究3 抛物线的中点弦问题
[典例讲评] 3.过点P(4,1)作抛物线y2=8x的弦AB,弦AB恰被点P平分,求AB所在直线的方程及弦AB的长度.
[尝试解答]
解决中点弦问题的常用方法
[学以致用] 3.斜率为k的直线l与抛物线y2=4x相交于A,B两点,与圆(x-5)2+y2=9相切于点M,且M为线段AB的中点,则k=( )
A.± B.±
C.± D.±
1.已知直线l与抛物线x2=2py(p>0)只有一个公共点,则直线l与抛物线的位置关系是( )
A.相交 B.相切
C.相离 D.相交或相切
2.已知抛物线y2=2px(p>0),直线x=m与抛物线交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则y1+y2=________.
3.过点(1,0)作斜率为-2的直线,与抛物线y2=8x交于A,B两点,则弦AB的长为________.
1.知识链:
2.方法链:数形结合法、设而不求、整体代换.
3.警示牌:(1)在设直线方程时,易忽略斜率不存在的情况.(2)直线与抛物线有一个公共点,易忽略直线与抛物线的对称轴重合或平行的情况.
圆锥的截线
如图所示,空间中的两条相交直线l,m(交点为S,夹角为锐角θ)绕直线l旋转一周形成圆锥面.其中,S称为圆锥面的顶点,l称为圆锥面的轴,圆锥面上过点S的任意一条直线都称为圆锥面的母线.
用一个不经过点S的平面β去截这个圆锥面,随着平面β与轴l所成角α的不同,截线的形状也随之变化(如图所示).
(1)当α=,即平面β与轴l垂直时,截线是圆.
(2)当θ<α<时,截线是椭圆.
(3)当α=θ时,截线是抛物线.
(4)当0<α<θ时,截线是双曲线.
圆、椭圆、抛物线、双曲线都可以由平面截圆锥面得到,因此把它们统称为圆锥曲线.
第2课时 抛物线的标准方程及性质的应用
[探究建构] 探究1
问题1 提示:如图所示,抛物线与直线有三种位置关系:没有交点、一个交点、两个交点.
新知生成 相离 相切 相交 (1)一 (2)相交 两 相切 一 相离 没有
典例讲评 1.解:(Ⅰ)若直线l的斜率存在,记为k.又直线过定点(0,-2),可设直线l的方程为y=kx-2. ①
由方程组 ②
消去y,并整理得k2x2-(4k+2)x+4=0. ③
(1)当k=0时,由方程③得x=2.代入方程①,得y=-2.
这时,直线l与抛物线只有一个公共点(2,-2).
(2)当k≠0时,方程③的判别式
Δ=[-(4k+2)]2-4·k2·4=16k+4.
若Δ>0,解得k>-.
于是,当k>-,且k≠0时,方程③有两个不相等的实数解,从而方程组②有两组实数解.这时,直线l与抛物线相交,有两个公共点.
若Δ=0,解得k=-.
于是,当k=-时,方程③有两个相等的实数解,从而方程组②只有一组实数解.这时,直线l与抛物线有一个公共点.
若Δ<0,解得k<-.
于是,当k<-时,方程③无实数解,从而方程组②无实数解.这时,直线l与抛物线没有公共点.
(Ⅱ)若直线l的斜率不存在,这时直线l即y轴所在直线,它与抛物线y2=2x相切,即有一个公共点.
综上可得:
当k=0,或k=-,或直线的斜率不存在时,直线l与抛物线只有一个公共点;
当k>-,且k≠0时,直线l与抛物线有两个公共点;
当k<-时,直线l与抛物线没有公共点.
学以致用 1.[-1,1] [由题意知直线l的斜率存在,设直线l的方程为y=k(x+2),代入抛物线方程,消去y并整理,得k2x2+(4k2-8)x+4k2=0,当k=0时,显然满足题意;
当k≠0时,Δ=(4k2-8)2-4k2·4k2=64(1-k2)≥0,解得-1≤k<0或0因此直线l的斜率的取值范围是[-1,1].]
探究2
典例讲评 2.解:(1)已知直线l:y=x+b与抛物线C:y2=4x,
联立消去y得x2+(2b-4)x+b2=0,
∵直线l与抛物线C相切,∴Δ=(2b-4)2-4b2=16-16b=0,
即b=1.
(2)联立消去y得x2+(2b-4)x+b2=0,
由Δ=(2b-4)2-4b2=16-16b>0,可得b<1,
设 A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=4-2b,x1x2=b2,
∵|AB|=8,
且|AB|=,
∴8=×=4× 1-b=2 b=-1,
又b=-1满足b<1,即直线l的方程为y=x-1.
发现规律 (1)·· (2)
学以致用 2.解:(1)联立直线与抛物线的方程可得消去y整理得4x2+4(t-1)x+t2=0,Δ=16t2-32t+16-16t2=16-32t>0,t<.设A(x1,y1),B(x2,y2),则
所以|AB|=··.
(2)由|AB|=3,可得=3,解得t=-4.
经检验,此时Δ=16-32t>0,
所以x1+x2=1-t=5.
由抛物线的定义,有|AF|+|BF|=x1++x2+=x1+x2+p=5+2=7.又|AB|=3,所以△AFB的周长为7+3.
探究3
典例讲评 3.解:法一:设A(x1,y1),B(x2,y2),则有=8x1,=8x2,
两式相减,得(y1-y2)(y1+y2)=8(x1-x2).
∵P是AB的中点,∴x1+x2=8,y1+y2=2,
则kAB==4,
∴所求直线AB的方程为y-1=4(x-4),
即4x-y-15=0.
由消去x并整理得y2-2y-30=0,Δ=124>0,
则y1+y2=2,y1y2=-30.
由弦长公式得|AB|=|y1-y2|=·.
法二:由题意知AB所在直线的斜率存在且不为0.
设AB所在直线的方程为y=k(x-4)+1(k≠0),
由消去x并整理得ky2-8y-32k+8=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=,
∵P是AB的中点,∴=1,
∴=2,∴k=4.
∴所求直线AB的方程为4x-y-15=0.
由
消去x并整理得y2-2y-30=0,
则y1+y2=2,y1y2=-30,
由弦长公式得|AB|=|y1-y2|
=·.
学以致用 3.A [设A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),
则=4x1,=4x2,两式相减得(y1+y2)(y1-y2)=4(x1-x2),
则k=.
设圆心C(5,0),则kCM=,直线l与圆C相切,切点为M,所以·=-1,解得x0=3,将x0=3代入(x-5)2+y2=9,得y0=±,所以k==±.故选A.]
[应用迁移]
1.D [当直线l与y轴平行或重合时,直线l与抛物线x2=2py(p>0)只有一个公共点,此时直线l与抛物线相交;当直线l的斜率存在,直线l与抛物线x2=2py(p>0)只有一个公共点时,直线l与抛物线相切.故选D.]
2.0 [因为抛物线y2=2px(p>0)关于x轴对称,直线x=m与x轴垂直,故y1=-y2,即y1+y2=0.]
3.2 [设A,B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),由直线AB的斜率为-2,且过点(1,0),得直线AB的方程为y=-2(x-1),与抛物线方程y2=8x联立,整理,消去y得x2-4x+1=0,Δ>0,则x1+x2=4,x1x2=1,所以|AB|=××=2.]
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复习任务群一
现代文阅读Ⅰ
把握共性之“新” 打通应考之“脉”
第三章
圆锥曲线的方程
第2课时 抛物线的标准方程及性质的应用
3.3 抛物线
3.3.2 抛物线的简单几何性质
[学习目标]
1.了解抛物线的简单应用.(逻辑推理、数学运算)
2.掌握直线与抛物线的位置关系及相关问题.(直观想象、数学运算)
[教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况
问题1.直线与抛物线的位置关系有哪几种?
问题2.当直线与抛物线相交于两个点时,如何求相交弦的弦长?
探究建构 关键能力达成
探究1 直线与抛物线的位置关系
问题1 类比椭圆、双曲线与直线的位置关系,探究抛物线与直线的位置关系.
[提示] 如图所示,抛物线与直线有三种位置关系:没有交点、一个交点、两个交点.
[新知生成]
直线与抛物线有三种位置关系:____、____和____.
设直线y=kx+m,抛物线y2=2px(p>0),将y=kx+m代入y2=2px,消去y并化简,得k2x2+2(mk-p)x+m2=0.
相离
相切
相交
(1)k=0时,直线与抛物线只有__个交点,此时直线平行于抛物线的对称轴或与对称轴重合.
(2)k≠0时,Δ>0 直线与抛物线____ 有__个公共点.
Δ=0 直线与抛物线____ 只有__个公共点.
Δ<0 直线与抛物线____ ____公共点.
一
相交
两
相切
一
相离
没有
【教用·微提醒】 (1)直线与抛物线有一个公共点是直线与抛物线相切的必要不充分条件.
(2)研究直线与抛物线的位置关系时要注意直线斜率不存在的情况.
[典例讲评] 1.(源自湘教版教材)已知抛物线C:y2=2x,直线l过定点(0,-2).讨论直线l与抛物线的公共点的情况.
[解] (Ⅰ)若直线l的斜率存在,记为k.又直线过定点(0,-2),可设直线l的方程为y=kx-2. ①
由方程组 ②
消去y,并整理得
k2x2-(4k+2)x+4=0. ③
(1)当k=0时,由方程③得x=2.代入方程①,得y=-2.
这时,直线l与抛物线只有一个公共点(2,-2).
(2)当k≠0时,方程③的判别式
Δ=[-(4k+2)]2-4·k2·4=16k+4.
若Δ>0,解得k>-.
于是,当k>-,且k≠0时,方程③有两个不相等的实数解,从而方程组②有两组实数解.这时,直线l与抛物线相交,有两个公共点.
若Δ=0,解得k=-.
于是,当k=-时,方程③有两个相等的实数解,从而方程组②只有一组实数解.这时,直线l与抛物线有一个公共点.
若Δ<0,解得k<-.
于是,当k<-时,方程③无实数解,从而方程组②无实数解.这时,直线l与抛物线没有公共点.
(Ⅱ)若直线l的斜率不存在,这时直线l即y轴所在直线,它与抛物线y2=2x相切,即有一个公共点.
综上可得:
当k=0,或k=-,或直线的斜率不存在时,直线l与抛物线只有一个公共点;
当k>-,且k≠0时,直线l与抛物线有两个公共点;
当k<-时,直线l与抛物线没有公共点.
反思领悟 判断直线与抛物线的位置关系的方法:联立方程组消元,当二次项系数不等于零时,用判别式Δ来判定;当二次项系数等于零时,直线与抛物线相交于一点.
[学以致用] 【链接教材P139习题3.3T12】
1.已知抛物线方程为y2=8x,若过点Q(-2,0)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____________.
[-1,1]
[-1,1] [由题意知直线l的斜率存在,设直线l的方程为y=k(x+2),代入抛物线方程,消去y并整理,得k2x2+(4k2-8)x+4k2=0,当k=0时,显然满足题意;
当k≠0时,Δ=(4k2-8)2-4k2·4k2=64(1-k2)≥0,解得-1≤k<0或0<k≤1.因此直线l的斜率的取值范围是[-1,1].]
【教材原题·P139习题3.3T12】
已知抛物线的方程为y2=4x,点P(-2,1)在直线l上,直线l绕点P旋转,讨论直线l与抛物线y2=4x的公共点个数,并回答下列问题:
(1)画出图形表示直线l与抛物线的各种位置关系,从图中你发现直线l与抛物线只有一个公共点时是什么情况?
(2)y2=4x与直线l的方程组成的方程组解的个数与公共点的个数是什么关系?
[解] (1)图略;直线l与抛物线y2=4x只有一个公共点时,直线l与抛物线相切,或平行于抛物线的对称轴.
(2)方程组解的个数与公共点的个数相等.
讨论直线l的方程与抛物线y2=4x的方程联立组成的方程组的解的情况,由方程组解的情况判断直线l与抛物线的公共点个数.
若直线l有斜率k,设l的方程为y-1=k(x+2).
由方程组可得ky2-4y+4(2k+1)=0.①
(Ⅰ)当k=0时,由方程①得y=1.把y=1代入y2=4x,得x=.
从而方程组只有一组实数解这时,
直线l与抛物线只有一个公共点.
(Ⅱ)当k≠0时,方程①的根的判别式Δ=-16·(2k2+k-1).
(ⅰ)由Δ=0,即2k2+k-1=0,解得k=-1,或k=.于是,当k=-1,或k=时,方程①有两个相等的实数根,从而方程组只有一组实
数解.这时,直线l与抛物线只有一个公共点.
(ⅱ)由Δ>0,即2k2+k-1<0,解得-1<k<.于是,当-1<k<,且k≠0时,方程①有两个不等的实数根,从而方程组
有两组实数解.这时,直线l与抛物线有两个公共点.
(ⅲ)由Δ<0,即2k2+k-1>0,解得k<-1,或k>.于是,当k<-1,或k>时,方程①没有实数根,从而方程组没有实数解.这时,直线l与抛物线没有公共点.
若直线l的斜率不存在,则直线l的方程为x=-2,从而方程组没有实数解.这时,直线l与抛物线没有公共点.
综上可得:当k=-1,或k=,或k=0时,直线l与抛物线只有一个公共点;当-1<k<,且k≠0时,直线l与抛物线有两个公共点;当k<-1,或k>,或l的斜率不存在时,直线l与抛物线没有公共点.
探究2 弦长问题
[典例讲评] 2.已知直线l:y=x+b与抛物线C:y2=4x.
(1)若直线l与抛物线C相切,求实数b的值;
(2)若直线l与抛物线C相交于A,B两点,且|AB|=8,求直线l的方程.
[解] (1)已知直线l:y=x+b与抛物线C:y2=4x,
联立消去y得x2+(2b-4)x+b2=0,
∵直线l与抛物线C相切,∴Δ=(2b-4)2-4b2=16-16b=0,
即b=1.
(2)联立消去y得x2+(2b-4)x+b2=0,
由Δ=(2b-4)2-4b2=16-16b>0,可得b<1,
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=4-2b,x1x2=b2,
∵|AB|=8,
且|AB|=,
∴8==4 1-b=2 b=-1,
又b=-1满足b<1,即直线l的方程为y=x-1.
发现规律 试完成下列求弦长问题的方法
斜率为k的直线和抛物线交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点时,
(1)对斜率存在的直线才能使用弦长公式,斜率不存在的直线|AB|=|y1-y2|.弦长公式:|AB|=|x1-x2|=或
|AB|=|y1-y2|=.
(2)当直线经过抛物线y2=2px(p>0)的焦点时,弦长|AB|=x1+x2+p= (θ为直线的倾斜角).
[学以致用] 2.已知抛物线W:y2=4x的焦点为F,直线y=2x+t与抛物线W相交于A,B两点.
(1)将|AB|表示为t的函数;
(2)若|AB|=3,求△AFB的周长.
[解] (1)联立直线与抛物线的方程可得消去y整理得4x2+4(t-1)x+t2=0,Δ=16t2-32t+16-16t2=16-32t>0,t<.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则
所以|AB|===.
(2)由|AB|=3,可得=3,解得t=-4.
经检验,此时Δ=16-32t>0,
所以x1+x2=1-t=5.
由抛物线的定义,有|AF|+|BF|=x1++x2+=x1+x2+p=5+2=7.又|AB|=3,所以△AFB的周长为7+3.
探究3 抛物线的中点弦问题
[典例讲评] 3.过点P(4,1)作抛物线y2=8x的弦AB,弦AB恰被点P平分,求AB所在直线的方程及弦AB的长度.
[解] 法一:设A(x1,y1),B(x2,y2),则有==8x2,
两式相减,得(y1-y2)(y1+y2)=8(x1-x2).
∵P是AB的中点,
∴x1+x2=8,y1+y2=2,
则kAB===4,
∴所求直线AB的方程为y-1=4(x-4),
即4x-y-15=0.
由消去x并整理得y2-2y-30=0,Δ=124>0,
则y1+y2=2,y1y2=-30.
由弦长公式得|AB|=|y1-y2|==.
法二:由题意知AB所在直线的斜率存在且不为0.
设AB所在直线的方程为y=k(x-4)+1(k≠0),
由消去x并整理得ky2-8y-32k+8=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=,
∵P是AB的中点,
∴=1,∴=2,∴k=4.
∴所求直线AB的方程为4x-y-15=0.
由消去x并整理得y2-2y-30=0,
则y1+y2=2,y1y2=-30,
由弦长公式得|AB|=|y1-y2|
==.
反思领悟 解决中点弦问题的常用方法
[学以致用] 3.斜率为k的直线l与抛物线y2=4x相交于A,B两点,与圆(x-5)2+y2=9相切于点M,且M为线段AB的中点,则k=( )
A.± B.±
C.± D.±
√
A [设A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),
则==4x2,两式相减得(y1+y2)(y1-y2)=4(x1-x2),
则k===.
设圆心C(5,0),则kCM=,直线l与圆C相切,切点为M,所以=-1,解得x0=3,将x0=3代入(x-5)2+y2=9,得y0=±,所以k==±.故选A.]
应用迁移 随堂评估自测
1.已知直线l与抛物线x2=2py(p>0)只有一个公共点,则直线l与抛物线的位置关系是( )
A.相交 B.相切
C.相离 D.相交或相切
√
D [当直线l与y轴平行或重合时,直线l与抛物线x2=2py(p>0)只有一个公共点,此时直线l与抛物线相交;当直线l的斜率存在,直线l与抛物线x2=2py(p>0)只有一个公共点时,直线l与抛物线相切.故选D.]
2.已知抛物线y2=2px(p>0),直线x=m与抛物线交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则y1+y2=________.
0 [因为抛物线y2=2px(p>0)关于x轴对称,直线x=m与x轴垂直,故y1=-y2,即y1+y2=0.]
0
3.过点(1,0)作斜率为-2的直线,与抛物线y2=8x交于A,B两点,则弦AB的长为________.
2 [设A,B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),由直线AB的斜率为-2,且过点(1,0),得直线AB的方程为y=-2(x-1),与抛物线方程y2=8x联立,整理,消去y得x2-4x+1=0,Δ>0,则x1+x2=4,x1x2=1,所以|AB|===2.]
2
1.知识链:
2.方法链:数形结合法、设而不求、整体代换.
3.警示牌:(1)在设直线方程时,易忽略斜率不存在的情况.(2)直线与抛物线有一个公共点,易忽略直线与抛物线的对称轴重合或平行的情况.
回顾本节知识,自主完成以下问题:
1.直线与抛物线有几种位置关系?如何判断?
[提示] 设直线l:y=kx+b,抛物线:y2=2px(p>0),将直线方程与抛物线方程联立消元得k2x2+(2kb-2p)x+b2=0.
①若k=0,直线与抛物线有一个交点,此时直线平行于抛物线的对称轴或与对称轴重合.
②若k≠0,当Δ>0时,直线与抛物线相交,有两个公共点;
当Δ=0时,直线与抛物线相切,有一个公共点;
当Δ<0时,直线与抛物线相离,无公共点.
2.求弦长问题有哪几种方法?
[提示] (1) 一般弦长:|AB|=|x1-x2|或|AB|=|y1-y2|.
(2)焦点弦长:在抛物线y2=2px(p>0)中,设过焦点的弦的端点为A(x1,y1),B(x2,y2),则|AB|=x1+x2+p.
3.只要是弦中点问题,就可以应用“点差法”吗?
[提示] 不一定.应用“点差法”的前提是知道中点坐标或直线的斜率.
圆锥的截线
如图所示,空间中的两条相交直线l,m(交点为S,夹角为锐角θ)绕直线l旋转一周形成圆锥面.其中,S称为圆锥面的顶点,l称为圆锥面的轴,圆锥面上过点S的任意一条直线都称为圆锥面的母线.
用一个不经过点S的平面β去截这个圆锥面,随着平面β与轴l所成角α的不同,截线的形状也随之变化(如图所示).
阅读材料 拓展数学视野
(1)当α=,即平面β与轴l垂直时,截线是圆.
(2)当θ<α<时,截线是椭圆.
(3)当α=θ时,截线是抛物线.
(4)当0<α<θ时,截线是双曲线.
圆、椭圆、抛物线、双曲线都可以由平面截圆锥面得到,因此把它们统称为圆锥曲线.
章末综合测评(一) 动量守恒定律
题号
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一、选择题
1.已知直线y=kx-k及抛物线y2=2px(p>0),则( )
A.直线与抛物线有一个公共点
B.直线与抛物线有两个公共点
C.直线与抛物线有一个或两个公共点
D.直线与抛物线可能没有公共点
课时分层作业(三十四) 抛物线的标准方程及性质的应用
√
C [∵直线y=kx-k=k(x-1),∴直线过点(1,0).
又点(1,0)在抛物线y2=2px的内部,
∴当k=0时,直线与抛物线有一个公共点;
当k≠0时,直线与抛物线有两个公共点.故选C.]
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2.已知抛物线C:y2=4x,直线l与抛物线C相交于A,B两点.若线段AB的中点为(2,1),则直线l的方程为( )
A.y=2x-3 B.y=3x-5
C.y=x-3 D.y=x-1
√
A [设A(x1,y1),B(x2,y2),则==4x2,
两式相减可得(y1+y2)(y1-y2)=4(x1-x2),
又y1+y2=2,则==2,
即直线l的方程为y-1=2(x-2),即y=2x-3.
故选A.]
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3.已知抛物线y2=4x,则抛物线上一点P到直线x-y+5=0的最小距离为( )
A.2 B.4
C. D.5
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√
A [根据题意可知,当平行于x-y+5=0的直线与抛物线相切,并且P为切点时,P点到直线x-y+5=0的距离最小,如图所示,
设切线方程为x-y+m=0,y=x+m,
联立消去x得y2-4y+4m=0,
Δ=16-16m=0,解得m=1,
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因此所以点P(1,2),
因此点P到直线x-y+5=0的最小距离d==2.
故选A.]
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4.已知O为坐标原点,抛物线E:y2=4x的焦点为F,过点F的直线l与E交于A,B两点,若S△OAB=,则线段AB的中点的横坐标为
( )
A.3 B.4
C.5 D.6
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B [如图所示,抛物线E:y2=4x的焦点为F,其坐标为(1,0),由题意知直线l的斜率不为0,
直线l过点F(1,0),设l:x=ty+1,联立抛物线方程得y2-4ty-4=0,显然Δ>0,
所以yA+yB=4t,yAyB=-4,则|yA-yB|
==4,
所以S△OAB=|OF||yA-yB|=2=,可得t2=,
又xA+xB=t(yA+yB)+2=4t2+2=8,故线段AB中点的横坐标为4.故选B.]
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5.(多选)已知抛物线C:y2=4x,点M(-2,0),P(2,0),过点P的直线l交抛物线C于A,B两点,设A(x1,y1),B(x2,y2),下列说法正确的有( )
A.y1y2=-8
B.|AB|的最小值为4
C.以AB为直径的圆过原点
D.∠AMP=∠BMP
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√
√
ABD [对于A,由题意知直线l的斜率不为0,设直线l的方程为x=my+2,
联立消去x并整理得y2-4my-8=0,Δ>0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),所以y1+y2=4m,y1y2=-8,故A正确;
对于B,|AB|===4=4≥4,当且仅当m=0时等号成立,故B正确;
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对于C,如果以AB为直径的圆过原点,则⊥.
由于=(x1,y1),=(x2,y2),
则=x1x2+y1y2=(my1+2)(my2+2)+y1y2=(m2+1)y1y2+2m(y1+y2)+4=-8(m2+1)+8m2+4=-4≠0,不垂直,故C不正确;
对于D,kAM+kBM====,==0,即∠AMP=∠BMP,故D正确.故选ABD.]
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二、填空题
6.已知O为坐标原点,直线y=x-2与抛物线y2=2x相交于A,B两点,则△AOB的面积为________.
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2 [设A(x1,y1),B(x2,y2),
联立消去y得x2-6x+4=0,Δ>0,所以x1+x2=6,x1x2=4,
所以|AB|===2,
因为点O到直线y=x-2的距离d==,所以S△AOB=×2=2.]
2
7.抛物线有如下光学性质:过焦点的光线经抛物线反射后得到的光线平行于抛物线的对称轴;反之,平行于抛物线对称轴的入射光线经抛物线反射后必过抛物线的焦点.已知抛物线y2=4x的焦点为F,一条平行于x轴的光线从点A(5,4)射出,经过抛物线上的点B反射后,再经抛物线上的另一点C射出,则|BC|=________.
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[因为抛物线的方程为y2=4x,可知焦点F(1,0),
过A(5,4)平行于对称轴的入射光线为y=4,代入抛物线的方程可得B(4,4),
由题意可知反射光线为BF,可得kBF==,所以直线BF的方程为x=y+1,
联立消去x并整理得y2-3y-4=0,
可得y=4或y=-1,将y=-1代入抛物线的方程可得x=,
即B(4,4),C,
可得|BC|==.]
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8.物理学中的凸凹透镜的表面一般都是抛物面(抛物线绕着其对称轴旋转所形成的曲面称为抛物面),由我国天文学家南仁东先生1994年提出构想,2016年9月25日落成,2020年1月11日投入正式运行的“中国天眼”——500 m口径球面射电望远镜,反射面的主体是一个抛物面(如图甲),若其上边缘一点P距离底部的落差约为156.25 m,它的一个轴截面是一个开口向上的抛物线的一部分,放入如图乙所示的平面直角坐标系内.一条平行于对称轴的光线射到Q点,经抛物面反射后经过焦点射到P点,则△OPQ的面积为________m2.
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20 500
20 500 [设抛物线方程为x2=2py(p>0),由题意可得P(250,156.25),
将点P的坐标代入抛物线方程可得p=200,即抛物线方程为x2=400y,
则抛物线的焦点坐标为F(0,100),直线PF的斜率为=,
即直线PF的方程为y=x+100,联立
消去y可得x2-90x-40 000=0,则(x-250)(x+160)=0,即x=250或x=-160,
则△OPQ的面积为×|OF|×[250-(-160)]=×100×410=20 500(m2).]
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三、解答题
9.已知抛物线C的顶点在原点,焦点在x轴上,且抛物线上有一点P(4,m)到焦点的距离为6.
(1)求抛物线C的方程;
(2)若抛物线C与直线y=kx-2相交于不同的两点A,B,且AB中点的横坐标为2,求k的值.
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[解] (1)由题意设抛物线方程为y2=2px(p>0),其准线方程为x=-,
∵P(4,m)到焦点的距离等于P到其准线的距离,∴4+=6,∴p=4.
∴抛物线C的方程为y2=8x.
(2)∵直线y=kx-2与抛物线相交于不同的两点A,B,则有k≠0,联立消去y得k2x2-(4k+8)x+4=0,
Δ=64(k+1)>0,解得k>-1且k≠0,又==2,解得k=2或k=-1(舍去),
∴k的值为2.
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10.古希腊的几何学家用一个不垂直于圆锥的轴的平面去截一个圆锥,将所截得的不同的截口曲线统称为圆锥曲线.如图所示的圆锥中,AB为底面圆的直径,M为PB的中点,某同学用平行于母线PA且过点M的平面去截圆锥,所得截口曲线为抛物线.若该圆锥的高PO=2,底面半径OA=2,则该抛物线的焦点到准线的距离为( )
A.2 B.3
C.
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√
D [由题意知|PO|=2,|OA|=2,所以|PA|=2.
因为M是PB的中点,O是AB的中点,
所以AP∥OM,|OM|=|AP|=,
因为截圆锥的平面平行于母线PA且过母线
PB的中点M,故O也在截面上,
根据对称性可知,抛物线的对称轴为OM,焦点在OM上,
以M为坐标原点,OM为x轴,过M点的垂线为y轴,建立平面直角坐标系,
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设抛物线与底面交点为E,则xE=|OM|=,yE=|OA|=2,
设抛物线的方程为y2=2px(p>0),则4=2p×,解得p=,
即该抛物线的焦点到准线x=-的距离为p,即为.故选D.]
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11.(多选)在平面直角坐标系Oxy中,已知抛物线C:y2=2x,则
( )
A.直线x-y-2=0与抛物线C相交所得弦长为2
B.直线x-y-2=0与抛物线C交于M,N两点,则OM⊥ON
C.过点A(-1,0)恰有2条直线与抛物线C有且只有一个公共点
D.抛物线C上的点到直线x-y+2=0的最短距离为
√
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√
√
ABD [由抛物线C:y2=2x,
则其焦点为F,准线方程为x=-,
联立消去y可得x2-6x+4=0,Δ>0,x1+x2=6,x1x2=4,
直线x-y-2=0与抛物线C相交所得弦长为:==2,所以A正确;
联立消去x得y2-2y-4=0,则y1+y2=2,y1y2=-4,而x1x2==4,
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由=x1x2+y1y2=0,即⊥,故∠MON=90°,所以B正确;
过点A(-1,0)恰有2条直线与抛物线C相切,有且只有一个公共点,此外y=0与抛物线也有一个公共点,所以有3条直线满足题意,所以C不正确;
设抛物线y2=2x上点P的坐标为,则点P到直线x-y+2=0的距离
d==[(m-1)2+3],∴当m=1时,即点P的坐标为时,
d的最小值为,所以D正确.故选ABD.]
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12.设直线y=2x+b与抛物线y2=4x交于A,B两点,已知弦AB的长为3,则实数b的值为________.
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-4 [由
消去y得4x2+4(b-1)x+b2=0.
由Δ>0,解得b<.
-4
设A(x1,y1),B,
则x1+x2=1-b,x1x2=,
所以|x1-x2|==,
所以|AB|=·|x1-x2|==3,所以1-2b=9,即b=-4.]
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13.已知直线y=-2x+4与抛物线y2=2px(p>0)交于A,B两点,且OA⊥OB(O为坐标原点),则p=________;△AOB的面积为________.
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1 [如图所示,联立
消去x得y2+py-4p=0,
则Δ=p2+16p>0,
设点A(x1,y1),B(x2,y2),
1
则y1+y2=-p,y1y2=-4p,
所以=x1x2+y1y2=+y1y2=4-4p=0,解得p=1,
所以y1+y2=-1,y1y2=-4,
则|y1-y2|===,
又直线y=-2x+4交x轴于点E(2,0),
所以S△OAB=|OE|×|y1-y2|=×2×=.]
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14.已知抛物线C:y2=4x的顶点为O,过点(2,0)的直线交C于A,B两点.
(1)判断是否为定值,并说明理由;
(2)设直线OA,OB分别与直线l:y=x+1交于点D,E,求|DE|的最小值.
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[解] (1)为定值,理由如下:∵过点(2,0)的直线交C:y2=4x于A,B两点,
∴直线AB的斜率不为0,设直线AB:x=my+2,A(x1,y1),B(x2,y2),
由消去x得y2-4my-8=0,Δ=16m2+32>0,y1+y2=4m,y1y2=-8,
∴=x1x2+y1y2=+y1y2=-8=-4.
∴为定值.
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(2)直线OA的方程为:y=x,
由得xD===,同理xE==,
而|y1(4-y2)-y2(4-y1)|=4|y1-y2|=4=4×=16,|(4-y1)(4-y2)|=|16-16m-8|=|8-16m|,
若m=,则y2-2y-8=0,解得y1=4,y2=-2,
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∴A(4,4),B(1,-2),此时直线OA:y=x与直线l:y=x+1平行,不存在交点,∴m≠,
∴|DE|=|xD-xE|====,令t=,则t≠0,m=,
∴|DE|=====,当t=-,即m=-4时,|DE|取得最小值为.
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15.早在一千多年之前,我国已经把溢流孔技术用于造桥,以减轻桥身重量和水流对桥身的冲击,现设桥拱上有如图所示的4个溢流孔,桥拱和溢流孔轮廓线均为抛物线的一部分,且四个溢流孔轮廓线相同,建立如图所示的平面直角坐标系Oxy,根据图上尺寸,溢流孔ABC所在抛物线的方程为_____________,溢流孔与桥拱交点A的横坐标为________.
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(x-14)2=-y
(x-14)2=-y [根据题意,设桥拱所在抛物线的方程为x2=
-2py(p>0),溢流孔ABC所在方程为(x-14)2=-2p′y(p′>0),由它们均过(20,-5),代入可得400=10p,36=10p′,解得p=40,p′=,可得桥拱所在抛物线的方程为x2=-80y,溢流孔ABC所在抛物线方程为(x-14)2=-y,
则由解得x=或x=20,又7<x<20,即溢流孔与桥拱交点A的横坐标为.]
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谢 谢!课时分层作业(三十四)
1.C [∵直线y=kx-k=k(x-1),∴直线过点(1,0).
又点(1,0)在抛物线y2=2px的内部,
∴当k=0时,直线与抛物线有一个公共点;
当k≠0时,直线与抛物线有两个公共点.故选C.]
2.A [设A(x1,y1),B(x2,y2),则=4x1,=4x2,
两式相减可得(y1+y2)(y1-y2)=4(x1-x2),
又y1+y2=2,则=2,
即直线l的方程为y-1=2(x-2),即y=2x-3.
故选A.]
3.A [根据题意可知,当平行于x-y+5=0的直线与抛物线相切,并且P为切点时,P点到直线x-y+5=0的距离最小,如图所示,
设切线方程为x-y+m=0,y=x+m,
联立消去x得y2-4y+4m=0,
Δ=16-16m=0,解得m=1,
因此所以点P(1,2),
因此点P到直线x-y+5=0的最小距离d=.
故选A.]
4.B [如图所示,抛物线E:y2=4x的焦点为F,其坐标为(1,0),由题意知直线l的斜率不为0,
直线l过点F(1,0),设l:x=ty+1,联立抛物线方程得y2-4ty-4=0,显然Δ>0,
所以yA+yB=4t,yAyB=-4,则|yA-yB|=,
所以S△OAB=,可得t2=,
又xA+xB=t(yA+yB)+2=4t2+2=8,故线段AB中点的横坐标为4.故选B.]
5.ABD [对于A,由题意知直线l的斜率不为0,设直线l的方程为x=my+2,
联立消去x并整理得y2-4my-8=0,Δ>0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),所以y1+y2=4m,y1y2=-8,故A正确;
对于B,|AB|==
=4≥4,当且仅当m=0时等号成立,故B正确;
对于C,如果以AB为直径的圆过原点,则⊥.
由于=(x1,y1),=(x2,y2),
则·=x1x2+y1y2=(my1+2)(my2+2)+y1y2
=(m2+1)y1y2+2m(y1+y2)+4
=-8(m2+1)+8m2+4=-4≠0,不垂直,故C不正确;
对于D,kAM+kBM==
=,==0,
即∠AMP=∠BMP,故D正确.故选ABD.]
6.2 [设A(x1,y1),B(x2,y2),
联立消去y得x2-6x+4=0,Δ>0,所以x1+x2=6,x1x2=4,
所以|AB|=××,
因为点O到直线y=x-2的距离d=,
所以S△AOB=×2×.]
7. [因为抛物线的方程为y2=4x,可知焦点F(1,0),
过A(5,4)平行于对称轴的入射光线为y=4,代入抛物线的方程可得B(4,4),
由题意可知反射光线为BF,可得kBF=,所以直线BF的方程为x=y+1,
联立消去x并整理得y2-3y-4=0,
可得y=4或y=-1,将y=-1代入抛物线的方程可得x=,
即B(4,4),C,
可得|BC|=.]
8.20 500 [设抛物线方程为x2=2py(p>0),
由题意可得P(250,156.25),
将点P的坐标代入抛物线方程可得p=200,即抛物线方程为x2=400y,
则抛物线的焦点坐标为F(0,100),直线PF的斜率为,即直线PF的方程为y=x+100,联立
消去y可得x2-90x-40 000=0,则(x-250)(x+160)=0,即x=250或x=-160,
则△OPQ的面积为×|OF|×[250-(-160)]=×100×410=20 500(m2).]
9.解:(1)由题意设抛物线方程为y2=2px(p>0),其准线方程为x=-,∵P(4,m)到焦点的距离等于P到其准线的距离,∴4+=6,∴p=4.
∴抛物线C的方程为y2=8x.
(2)∵直线y=kx-2与抛物线相交于不同的两点A,B,则有k≠0,联立消去y得k2x2-(4k+8)x+4=0,
Δ=64(k+1)>0,解得k>-1且k≠0,又=2,
解得k=2或k=-1(舍去),∴k的值为2.
10.D [由题意知|PO|=2,|OA|=2,所以|PA|=2.
因为M是PB的中点,O是AB的中点,
所以AP∥OM,|OM|=,
因为截圆锥的平面平行于母线PA且过母线PB的中点M,故O也在截面上,
根据对称性可知,抛物线的对称轴为OM,焦点在OM上,
以M为坐标原点,OM为x轴,过M点的垂线为y轴,建立平面直角坐标系,
设抛物线与底面交点为E,则xE=|OM|=,yE=|OA|=2,
设抛物线的方程为y2=2px(p>0),则4=2p×,解得p=,
即该抛物线的焦点的距离为p,即为.
故选D.]
11.ABD [由抛物线C:y2=2x,
则其焦点为F,准线方程为x=-,
联立消去y可得x2-6x+4=0,Δ>0,x1+x2=6,x1x2=4,
直线x-y-2=0与抛物线C相交所得弦长为:·×,所以A正确;
联立消去x得y2-2y-4=0,则y1+y2=2,y1y2=-4,而x1x2==4,由·=x1x2+y1y2=0,即⊥,故∠MON=90°,所以B正确;
过点A(-1,0)恰有2条直线与抛物线C相切,有且只有一个公共点,此外y=0与抛物线也有一个公共点,所以有3条直线满足题意,所以C不正确;
设抛物线y2=2x上点P的坐标为,则点P到直线x-y+2=0的距离d=[(m-1)2+3],∴当m=1时,即点P的坐标为时,d的最小值为,所以D正确.故选ABD.]
12.-4 [由
消去y得4x2+4(b-1)x+b2=0.
由Δ>0,解得b<.
设A(x1,y1),B,
则x1+x2=1-b,x1x2=,
所以|x1-x2|=,
所以|AB|=·|x1-x2|=·,所以1-2b=9,即b=-4.]
13.1 [如图所示,联立
消去x得y2+py-4p=0,
则Δ=p2+16p>0,
设点A(x1,y1),B(x2,y2),
则y1+y2=-p,y1y2=-4p,
所以·+y1y2=4-4p=0,解得p=1,
所以y1+y2=-1,y1y2=-4,
则|y1-y2|=,
又直线y=-2x+4交x轴于点E(2,0),
所以S△OAB=|OE|×|y1-y2|=×2×.]
14.解:(1)·为定值,理由如下:∵过点(2,0)的直线交C:y2=4x于A,B两点,∴直线AB的斜率不为0,设直线AB:x=my+2,A(x1,y1),B(x2,y2),
由消去x得y2-4my-8=0,Δ=16m2+32>0,y1+y2=4m,y1y2=-8,
∴··-8=-4.
∴·为定值.
(2)直线OA的方程为:y=x,
由,
同理xE=,
而|y1(4-y2)-y2(4-y1)|=4|y1-y2|=4=4×,|(4-y1)(4-y2)|=|16-16m-8|=|8-16m|,
若m=,则y2-2y-8=0,解得y1=4,y2=-2,
∴A(4,4),B(1,-2),此时直线OA:y=x与直线l:y=x+1平行,不存在交点,∴m≠,
∴|DE|==×
=×,令t=,则t≠0,m=,
∴|DE|=××
=××
=×,当t=-,即m=-4时,|DE|取得最小值为.
15.(x-14)2=- [根据题意,设桥拱所在抛物线的方程为x2=-2py(p>0),溢流孔ABC所在方程为(x-14)2=-2p'y(p'>0),由它们均过(20,-5),代入可得400=10p,36=10p',解得p=40,p'=,可得桥拱所在抛物线的方程为x2=-80y,溢流孔ABC所在抛物线方程为(x-14)2=-y,
则由或x=20,又77/7课时分层作业(三十四) 抛物线的标准方程及性质的应用
说明:单项选择题每题5分,多项选择题每题6分,填空题每题5分,本试卷共95分
一、选择题
1.已知直线y=kx-k及抛物线y2=2px(p>0),则( )
A.直线与抛物线有一个公共点
B.直线与抛物线有两个公共点
C.直线与抛物线有一个或两个公共点
D.直线与抛物线可能没有公共点
2.已知抛物线C:y2=4x,直线l与抛物线C相交于A,B两点.若线段AB的中点为(2,1),则直线l的方程为( )
A.y=2x-3 B.y=3x-5
C.y=x-3 D.y=x-1
3.已知抛物线y2=4x,则抛物线上一点P到直线x-y+5=0的最小距离为( )
A.2 B.4
C. D.5
4.已知O为坐标原点,抛物线E:y2=4x的焦点为F,过点F的直线l与E交于A,B两点,若S△OAB=,则线段AB的中点的横坐标为( )
A.3 B.4
C.5 D.6
5.(多选)已知抛物线C:y2=4x,点M(-2,0),P(2,0),过点P的直线l交抛物线C于A,B两点,设A(x1,y1),B(x2,y2),下列说法正确的有( )
A.y1y2=-8
B.|AB|的最小值为4
C.以AB为直径的圆过原点
D.∠AMP=∠BMP
二、填空题
6.已知O为坐标原点,直线y=x-2与抛物线y2=2x相交于A,B两点,则△AOB的面积为________.
7.抛物线有如下光学性质:过焦点的光线经抛物线反射后得到的光线平行于抛物线的对称轴;反之,平行于抛物线对称轴的入射光线经抛物线反射后必过抛物线的焦点.已知抛物线y2=4x的焦点为F,一条平行于x轴的光线从点A(5,4)射出,经过抛物线上的点B反射后,再经抛物线上的另一点C射出,则|BC|=________.
8.物理学中的凸凹透镜的表面一般都是抛物面(抛物线绕着其对称轴旋转所形成的曲面称为抛物面),由我国天文学家南仁东先生1994年提出构想,2016年9月25日落成,2020年1月11日投入正式运行的“中国天眼”——500 m口径球面射电望远镜,反射面的主体是一个抛物面(如图甲),若其上边缘一点P距离底部的落差约为156.25 m,它的一个轴截面是一个开口向上的抛物线的一部分,放入如图乙所示的平面直角坐标系内.一条平行于对称轴的光线射到Q点,经抛物面反射后经过焦点射到P点,则△OPQ的面积为________m2.
三、解答题
9.已知抛物线C的顶点在原点,焦点在x轴上,且抛物线上有一点P(4,m)到焦点的距离为6.
(1)求抛物线C的方程;
(2)若抛物线C与直线y=kx-2相交于不同的两点A,B,且AB中点的横坐标为2,求k的值.
10.古希腊的几何学家用一个不垂直于圆锥的轴的平面去截一个圆锥,将所截得的不同的截口曲线统称为圆锥曲线.如图所示的圆锥中,AB为底面圆的直径,M为PB的中点,某同学用平行于母线PA且过点M的平面去截圆锥,所得截口曲线为抛物线.若该圆锥的高PO=2,底面半径OA=2,则该抛物线的焦点到准线的距离为( )
A.2 B.3
C.
11.(多选)在平面直角坐标系Oxy中,已知抛物线C:y2=2x,则( )
A.直线x-y-2=0与抛物线C相交所得弦长为2
B.直线x-y-2=0与抛物线C交于M,N两点,则OM⊥ON
C.过点A(-1,0)恰有2条直线与抛物线C有且只有一个公共点
D.抛物线C上的点到直线x-y+2=0的最短距离为
12.设直线y=2x+b与抛物线y2=4x交于A,B两点,已知弦AB的长为3,则实数b的值为________.
13.已知直线y=-2x+4与抛物线y2=2px(p>0)交于A,B两点,且OA⊥OB(O为坐标原点),则p= ________;△AOB的面积为________.
14.已知抛物线C:y2=4x的顶点为O,过点(2,0)的直线交C于A,B两点.
(1)判断是否为定值,并说明理由;
(2)设直线OA,OB分别与直线l:y=x+1交于点D,E,求|DE|的最小值.
15.早在一千多年之前,我国已经把溢流孔技术用于造桥,以减轻桥身重量和水流对桥身的冲击,现设桥拱上有如图所示的4个溢流孔,桥拱和溢流孔轮廓线均为抛物线的一部分,且四个溢流孔轮廓线相同,建立如图所示的平面直角坐标系Oxy,根据图上尺寸,溢流孔ABC所在抛物线的方程为________,溢流孔与桥拱交点A的横坐标为________.
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