重点解读
1.了解抛物线焦点弦性质的推导过程(逻辑推理、数学运算). 2.理解和掌握焦点弦的性质及应用(数学运算).
过焦点的直线与抛物线相交于两点,连接这两点的线段叫做抛物线的焦点弦.抛物线的焦点弦是研究抛物线性质的一个重要方面,它具有很多性质:
设AB是过抛物线y2=2px(p>0)焦点F的弦,若A(x1,y1),B(x2,y2),则
(1)x1·x2=,y1·y2=-p2;
(2)|AB|=x1+x2+p=,S△OAB=(α是直线AB的倾斜角,α≠0°);
(3)+=为定值(F是抛物线的焦点);
(4)以弦AB为直径的圆与准线相切.
同学们可以课下根据自己的兴趣,推导一下这些性质.
一、x1·x2=,y1·y2=-p2的应用
【例1】已知抛物线C:x2=4y的焦点为F,过点F的直线m与抛物线C交于A,B两点,点O为坐标原点,则∠AOB是( )
A.直角 B.锐角
C.钝角 D.与点A,B位置有关
解析:C 法一 抛物线C的焦点F的坐标为(0,1),由题意分析可知,直线m的斜率一定存在.设A(x1,y1),B(x2,y2),直线m的方程为y=kx+1,与抛物线C:x2=4y联立,得x2-4kx-4=0,所以x1+x2=4k,x1x2=-4,所以·=x1x2+y1y2=x1x2+·=-4+1=-3<0,所以∠AOB为钝角.
法二 抛物线焦点在y轴上,则x1x2=-p2=-4,y1y2==1,则·=x1x2+y1y2=-4+1=-3<0,故∠AOB为钝角.
【规律方法】
1.在涉及一些求斜率之积或者数量积的问题时,往往需要x1x2或y1y2,通过抛物线特殊性质的记忆,可以避免联立方程组,从而快速求解.
2.该式子适用于y2=±2px,在x2=±2py中,x1x2=-p2,y1y2=.
训练1 已知抛物线C的顶点是原点O,焦点F在x轴的正半轴上,经过点F的直线与抛物线C交于A,B两点,若·=-12,则抛物线C的方程为( )
A.x2=8y B.x2=4y
C.y2=8x D.y2=4x
解析:C 设抛物线的方程为y2=2px(p>0),A(x1,y1),B(x2,y2).
法一 设直线AB的方程为x=my+,联立消去x,得y2-2pmy-p2=0,则y1y2=-p2,x1x2==,得·=x1x2+y1y2=-p2=-p2=-12,解得p=4(舍负),即抛物线C的方程为y2=8x.
法二 直接运用x1·x2=,y1·y2=-p2,得·=x1x2+y1y2=-p2=-p2=-12,解得p=4(舍负),即抛物线C的方程为y2=8x.
二、|AB|=x1+x2+p=(α是直线AB的倾斜角,α≠0°)的应用
【例2】经过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F,倾斜角为30°的直线l与C交于A,B两点,若线段AB的中点M的横坐标为7,那么p=( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:B 设A(x1,y1),B(x2,y2),∵AB的中点M的横坐标为7,∴x1+x2=14,∴14+p=,∴p=2.
【规律方法】
在求解焦点弦长时,有多种公式可以运用,在选择、填空题的求解中可以灵活选择,从而实现快速求解.
训练2 过抛物线y2=4x的焦点F的直线l与抛物线交于A,B两点,若|AF|=2|BF|,则|AB|=( )
A.4 B.
C.5 D.6
解析:B 由对称性不妨设点A在x轴的上方,如图设点A,B在准线上的射影分别为点D,C,作BE⊥AD于点E,设|BF|=m,直线l的倾斜角为θ,则|AB|=3m,由抛物线的定义知|AD|=|AF|=2m,|BC|=|BF|=m,所以cos θ==,所以sin2θ=.又y2=4x,知2p=4,故利用弦长公式|AB|==.
三、+=的应用
【例3】(2025·宿迁月考)过抛物线C:y2=8x的焦点F的直线交抛物线C于A,B两点,若|AF|=6,则|BF|=( )
A.9或6 B.6或3 C.9 D.3
解析:D 法一 设点A为第一象限内的点,A(x1,y1),B(x2,y2),则x1>0,y1>0,则由题意可得F(2,0),|AF|=x1+2=6,则x1=4,由=8x1,得y1=4,所以kAB==2,直线AB的方程为y=2(x-2),将直线AB的方程代入y2=8x化简得x2-5x+4=0,所以x2=1,所以|BF|=x2+2=3.
法二 由抛物线焦点弦的性质可得,+=,所以=-=,可得|BF|=3.
【规律方法】
将求弦长问题通过焦半径与p之间的关系,转化为焦半径问题.
训练3 如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线交抛物线于点A,B,交其准线l于点C,若F是AC的中点,且|AF|=4,则线段AB的长为( )
A.5 B.6
C. D.
解析:C 如图,过点A作AD⊥l,|AD|=|AF|=|AC|=4,|OF|==4×=1,所以p=2,因为+=,|AF|=4,所以|BF|=,所以|AB|=|AF|+|BF|=4+=.
四、以弦AB为直径的圆与准线相切的应用
【例4】 求证:以抛物线的焦点弦为直径的圆必与抛物线的准线相切.
证明:设抛物线的准线为l,焦点为F,如图,作AA'⊥l于点A',BB'⊥l于点B',M为AB的中点,作MM'⊥l于点M',
则由抛物线定义可知|AA'|=|AF|,|BB'|=|BF|,在直角梯形BB'A'A中,
|MM'|=(|AA'|+|BB'|)=(|AF|+|BF|)=|AB|,
即|MM'|等于以AB为直径的圆的半径.故以AB为直径的圆与抛物线的准线相切.
变式 分别以焦半径AF,BF为直径作圆,与y轴有什么关系?
解:它们都与y轴相切,
证明如下:设抛物线的准线为l,如图,作AA'⊥l于点A',交y轴于点E,
取AF的中点M,作MM'⊥y轴于点M',则由抛物线的性质可知|AA'|=|AF|,|OF|=|A'E|,
在直角梯形OFAE中,|MM'|=(|OF|+|AE|)=(|A'E|+|AE|)=|AA'|=|AF|,
即|MM'|等于以AF为直径的圆的半径,故以AF为直径的圆与y轴相切,
同理可得以BF为直径的圆与y轴相切.
【规律方法】
把焦点三角形的外接圆转化为以弦AB为直径的圆与准线相切,进行问题的求解.
训练4 (2025·绍兴质检)过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F作直线交抛物线于A,B两点,以AB为直径的圆与准线l的公共点为M,若∠AMF=60°,则∠MFO的大小为( )
A.15° B.30° C.45° D.不确定
解析:B 如图,取AB的中点G,连接MG,则以AB为直径的圆与准线l切于点M,根据抛物线性质,MG∥x轴,由已知F(,0)且直线AB斜率存在,设直线AB的方程为y=k(x-),联立得y2-y-=0,由根与系数的关系得y1+y2=,∴点M(-,),∴kMF==-,∵k·kMF=-1,∴MF⊥AB,∵∠AMF=60°,∴∠GAM=∠GMA=30°,∴∠MFO=∠GMF=30°.
1.已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点弦AB的两端点分别为A(x1,y1),B(x2,y2),则=( )
A.-4 B.4
C.p2 D.-p2
解析:A 由焦点弦的性质可知x1x2=,y1y2=-p2,∴=-4,故选A.
2.已知O为坐标原点,抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F(1,0),过F的直线l与C交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则下列直线与以AB为直径的圆相切的是( )
A.y轴 B.x=-1
C.x=-2 D.不存在
解析:B 抛物线焦点为F(1,0),即=1,p=2,故抛物线C:y2=4x,准线方程为x=-1,由焦点弦性质知,以弦AB为直径的圆与准线相切,故选B.
3.已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,过焦点F的直线交抛物线于P,Q两点,且+=4,所以抛物线的焦点坐标为(,0).
解析:由焦点弦的性质,可知+=,所以=4,即p=,所以抛物线的焦点坐标为.
4.抛物线的顶点在原点,以x轴为对称轴,经过焦点且倾斜角为135°的直线被抛物线所截得的弦长为8,则该抛物线的方程为y2=±4x.
解析:依题意可设抛物线的方程为y2=2px(p>0),则直线方程为y=-x+.设直线交抛物线于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则|AB|=,所以=8,所以p=2,故所求的抛物线方程为y2=4x.当抛物线方程设为y2=-2px(p>0)时,同理可求得抛物线方程为y2=-4x.综上,所求抛物线的方程为y2=±4x.
课堂小结
1.理清单 (1)x1·x2=,y1·y2=-p2的应用; (2)|AB|=x1+x2+p=(α是直线AB的倾斜角,α≠0°)的应用; (3)+=的应用; (4)以弦AB为直径的圆与准线相切的应用. 2.应体会 在应用抛物线的焦点弦性质解题时要注意方程思想、转化与化归思想的应用. 3.避易错 对焦点弦的性质记忆混淆出错.
1.(2025·烟台月考)已知抛物线y=2x2的焦点为F,M(x1,y1),N(x2,y2)是抛物线上两点,若直线MN过点F,则x1x2=( )
A.- B.-
C.-1 D.-2
解析:B y=2x2即x2=y,由抛物线焦点弦的性质知,x1x2=-p2=-.
2.已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,过点F的直线交抛物线于A,B两点,若|AF|=4,|BF|=1,则p=( )
A. B.2
C. D.1
解析:C 由抛物线焦点弦的性质可得,+=,由|AF|=4,|BF|=1,得=+1=,解得p=.
3.直线l过抛物线C:y2=12x的焦点,且与抛物线C交于A,B两点,若弦AB的长为16,则直线l的倾斜角等于( )
A. B.
C.或 D.或
解析:D 设直线l的倾斜角为α,∵p=6,由抛物线焦点弦的性质知,|AB|===16,∴sin2α=,则sin α=.∴α=或.
4.已知AB是过抛物线2x2=y的焦点的弦.若|AB|=4,则AB中点的纵坐标是( )
A.1 B.2
C. D.
解析:D 如图所示,设线段AB的中点为P(x0,y0),分别过A,P,B三点作准线l的垂线,垂足分别为A',Q,B',由题意得|AA'|+|BB'|=|AB|=4,|PQ|==2.又|PQ|=y0+,∴y0+=2,∴y0=.
5.抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,M为抛物线上一点.若△OFM的外接圆与抛物线的准线相切(O为坐标原点),且外接圆的面积为9π,则p=( )
A.2 B.4
C.6 D.8
解析:B ∵△OFM的外接圆与抛物线的准线相切,∴△OFM的外接圆的圆心到准线的距离等于圆的半径.∵外接圆的面积为9π,∴外接圆的半径为3.又∵圆心在OF的垂直平分线上,|OF|=,∴+=3,∴p=4.
6.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.
解析:D 易知抛物线中p=,由抛物线的性质可得弦长|AB|==12,又O到直线AB的距离d=·sin 30°=,∴S△OAB=|AB|·d=.
7.〔多选〕在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线C:x2=8y,若过焦点F的直线l交抛物线于两点A(x1,y1),B(x2,y2),则下列说法中正确的是( )
A.x1x2=-16 B.y1y2=16
C.·的最大值为-16 D.||·||>12
解析:ACD 由x2=8y,得p=4,由抛物线焦点弦的性质,得x1x2=-p2=-16,故A正确;y1y2==4,故B错误;根据题意,直线l的斜率一定存在,又过点F(0,2),设直线l的方程为y=kx+2,联立得x2-8kx-16=0,则x1+x2=8k,x1x2=-16,=(x1,y1-2),=(x2,y2-2),则·=x1x2+(y1-2)(y2-2)=x1x2+y1y2-2(y1+y2)+4=-16-2k(x1+x2)=-16-16k2≤-16,故当k=0时,·的最大值为-16,故C正确;||=,||=,||2·||2=(+)(+)=(8y1+)·(8y2+)=y1y2(8+y1)·(8+y2)=4[64+8(y1+y2)+y1y2]=16(25+16k2),所以||·||=4≥20>12,故D正确.
8.〔多选〕已知抛物线y2=2px(p>0)上三点A(x1,y1),B(1,2),C(x2,y2),F为抛物线的焦点,则下列说法正确的是( )
A.抛物线的准线方程为x=-1
B.若++=0,则2||=||+||
C.若A,F,C三点共线,则y1y2=-1
D.若|AC|=6,则AC的中点到y轴距离的最小值为2
解析:ABD 把点B(1,2)代入抛物线y2=2px,得p=2,所以抛物线的准线方程为x=-1,故A正确;因为A(x1,y1),B(1,2),C(x2,y2),F(1,0),所以=(x1-1,y1),=(0,2),=(x2-1,y2),又由++=0,得x1+x2=2,所以||+||=x1++x2+=4=2||,故B正确;因为A,F,C三点共线,所以直线AC是焦点弦,所以y1y2=-p2=-4,故C不正确;设AC的中点为M(x0,y0),因为|AF|+|CF|≥|AC|,|AF|+|CF|=x1+1+x2+1=2x0+2,所以2x0+2≥6,得x0≥2,即AC的中点到y轴距离的最小值为2,故D正确.
9.过抛物线y2=4x的焦点F的直线交抛物线于A,B两点,交其准线于点C,且A,C位于x轴同侧.若|AC|=2|AF|,则|BF|=4.
解析:抛物线y2=4x的焦点F(1,0),准线方程l:x=-1,设准线l与x轴交于点H,不妨设点A在第四象限,过A和B分别作AD⊥l,BE⊥l,垂足分别为D,E,如图,由抛物线的定义可知|AF|=|AD|,|BF|=|BE|,又|AC|=2|AF|,所以|AC|=2|AD|,则∠ACD=.所以直线AB的倾斜角为,因为|HF|=p=2,==,所以|AF|=|AD|=.又|AB|===,即|AF|+|BF|=,所以|BF|=4.
10.已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,直线MN过焦点F且与抛物线C交于M,N两点,点P为抛物线C准线l上一点,且PF⊥MN,连接PM交y轴于点Q,过点Q作QD⊥MF于点D,若|MD|=2|NF|,则|MF|=2+.
解析:作MM'⊥l于点M',设MM'交y轴于点R.易知△MM'P≌△MFP,则∠PMM'=∠FMP,从而有△MRQ≌△MDQ,所以|MR|=|MD|.因为|MM'|=|MF|,所以|DF|=|M'R|=1,设|NF|=x,则|MD|=2x.由+==1,得|MF|=,所以=1+2x,解得x=(负值舍去),|MF|=1+2x=2+.
11.已知直线l:x-my+m-2=0与抛物线C:y2=2px(p>0)恒有两个交点A,B.
(1)求p的取值范围;
(2)当m=1时,直线l过抛物线C的焦点F,求此时线段AB的长度.
解:(1)将直线l与抛物线C方程联立,得 y2-2pmy+2pm-4p=0,
又因为直线l与抛物线C恒有两个交点,
所以其判别式Δ=(-2pm)2-4(2pm-4p)=4p2m2-8pm+16p>0对 m∈R恒成立,
故需使方程4p2m2-8pm+16p=0的判别式Δ1=(-8p)2-4×4p2×16p<0,
又p>0,所以解得p>,即p的取值范围为(,+∞).
(2)由题,当m=1时,l:x-y-1=0,由l过焦点F(,0)得p=2,所以抛物线C:y2=4x.
将直线l与抛物线C方程联立,并令A(x1,y1),B(x2,y2),得 x2-6x+1=0,Δ>0,
由根与系数的关系,得x1+x2=6,又因AB经过抛物线焦点,故|AB|=x1+x2+p=6+2=8.
12.(2025·淮安月考)已知点P(1,m)是抛物线C:y2=2px(p>0)上的点,F为抛物线的焦点,且|PF|=2,过焦点F的直线l与抛物线C相交于不同的两点A,B.
(1)求抛物线C的方程;
(2)若|AB|=8,求直线l的斜率.
解:(1)由题意|PF|=1+=2,p=2,所以抛物线方程为y2=4x.
(2)法一 由(1)知焦点为F(1,0),若直线l斜率不存在,则|AB|=4,不符合题意,
因此设直线l的方程为y=k(x-1)(k≠0),由得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=,|AB|=x1+x2+2=+2=8,
解得k=1或k=-1.
法二 若直线l的斜率不存在,则|AB|=4,不符合题意,
设直线l的倾斜角为α,根据焦点弦的性质,|AB|=,
代入可得sin2α==,即α=45°或135°,则k=tan α=±1.
1 / 8重点解读
1.了解抛物线焦点弦性质的推导过程(逻辑推理、数学运算). 2.理解和掌握焦点弦的性质及应用(数学运算).
过焦点的直线与抛物线相交于两点,连接这两点的线段叫做抛物线的焦点弦.抛物线的焦点弦是研究抛物线性质的一个重要方面,它具有很多性质:
设AB是过抛物线y2=2px(p>0)焦点F的弦,若A(x1,y1),B(x2,y2),则
(1)x1·x2=,y1·y2=-p2;
(2)|AB|=x1+x2+p=,S△OAB=(α是直线AB的倾斜角,α≠0°);
(3)+=为定值(F是抛物线的焦点);
(4)以弦AB为直径的圆与准线相切.
同学们可以课下根据自己的兴趣,推导一下这些性质.
一、x1·x2=,y1·y2=-p2的应用
【例1】 已知抛物线C:x2=4y的焦点为F,过点F的直线m与抛物线C交于A,B两点,点O为坐标原点,则∠AOB是( )
A.直角
B.锐角
C.钝角
D.与点A,B位置有关
【规律方法】
1.在涉及一些求斜率之积或者数量积的问题时,往往需要x1x2或y1y2,通过抛物线特殊性质的记忆,可以避免联立方程组,从而快速求解.
2.该式子适用于y2=±2px,在x2=±2py中,x1x2=-p2,y1y2=.
训练1 已知抛物线C的顶点是原点O,焦点F在x轴的正半轴上,经过点F的直线与抛物线C交于A,B两点,若·=-12,则抛物线C的方程为( )
A.x2=8y
B.x2=4y
C.y2=8x
D.y2=4x
二、|AB|=x1+x2+p=(α是直线AB的倾斜角,α≠0°)的应用
【例2】 经过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F,倾斜角为30°的直线l与C交于A,B两点,若线段AB的中点M的横坐标为7,那么p=( )
A.1 B.2
C.3 D.4
【规律方法】
在求解焦点弦长时,有多种公式可以运用,在选择、填空题的求解中可以灵活选择,从而实现快速求解.
训练2 过抛物线y2=4x的焦点F的直线l与抛物线交于A,B两点,若|AF|=2|BF|,则|AB|=( )
A.4 B.
C.5 D.6
三、+=的应用
【例3】 (2025·宿迁月考)过抛物线C:y2=8x的焦点F的直线交抛物线C于A,B两点,若|AF|=6,则|BF|=( )
A.9或6 B.6或3
C.9 D.3
【规律方法】
将求弦长问题通过焦半径与p之间的关系,转化为焦半径问题.
训练3 如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线交抛物线于点A,B,交其准线l于点C,若F是AC的中点,且|AF|=4,则线段AB的长为( )
A.5 B.6
C. D.
四、以弦AB为直径的圆与准线相切的应用
【例4】 求证:以抛物线的焦点弦为直径的圆必与抛物线的准线相切.
变式 分别以焦半径AF,BF为直径作圆,与y轴有什么关系?
【规律方法】
把焦点三角形的外接圆转化为以弦AB为直径的圆与准线相切,进行问题的求解.
训练4 (2025·绍兴质检)过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F作直线交抛物线于A,B两点,以AB为直径的圆与准线l的公共点为M,若∠AMF=60°,则∠MFO的大小为( )
A.15° B.30°
C.45° D.不确定
1.已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点弦AB的两端点分别为A(x1,y1),B(x2,y2),则=( )
A.-4 B.4
C.p2 D.-p2
2.已知O为坐标原点,抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F(1,0),过F的直线l与C交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则下列直线与以AB为直径的圆相切的是( )
A.y轴 B.x=-1
C.x=-2 D.不存在
3.已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,过焦点F的直线交抛物线于P,Q两点,且+=4,所以抛物线的焦点坐标为 .
4.抛物线的顶点在原点,以x轴为对称轴,经过焦点且倾斜角为135°的直线被抛物线所截得的弦长为8,则该抛物线的方程为 .
课堂小结
1.理清单 (1)x1·x2=,y1·y2=-p2的应用; (2)|AB|=x1+x2+p=(α是直线AB的倾斜角,α≠0°)的应用; (3)+=的应用; (4)以弦AB为直径的圆与准线相切的应用. 2.应体会 在应用抛物线的焦点弦性质解题时要注意方程思想、转化与化归思想的应用. 3.避易错 对焦点弦的性质记忆混淆出错.
提示:完成课后作业 第三章 培优课
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