抛物线焦点弦问题
河北省武安市第一中学郅武强
抛物线焦点弦问题较多,由焦点引出弦的几何性较集中,现总结如下:一.弦长问题:
例斜率为1的直线经过抛物线
24y x =的焦点,与抛物线相交A .B两点,求线段AB 的长。
分析:
利用弦长公式12
d x =-能解此题,但运算量较大也较复杂,如果能够运
根据抛物线的定义,11
AF x =+同理 21
BF x =+
于是得
122
AB AF BF x x =+=++
由题已知
{
21
4y x y x
=-=消去y 得2
610x x -+=
故126x x += ∴628
AB =+= 注:焦点弦在标准抛物线方程下的计算公式:12AB x x p =++或
12AB y y p
=++。
二. 通径最短问题:
例:已知抛物线的标准方程为2
2y px =,直线l 过焦点,和抛物线交与A.B 两点,求
AB 的最小值并求直线方程。
解:①如果直线l 的斜率不存在,则直线l 的方程为
2p
x =
2A B p =
②如果斜率存在,不妨设斜率为k ,则直线的方程为(
2p y k x =-,与抛物线方程联立方程组得
22( 2y px
p y k x ==-⎧⎨⎩消去y 得22222
(2 04k p k x k p p x -++=
若0k ≠ 则222
440k p p ∆=+>
1222p
x x p k +=+
则
1222222p p AB x x p p p p k k =++=+
+=+
当k →∞时 AB
最小即min 2AB p = 此时 2p
x =
三.两个定值问题:
例:过抛物线2
2y px =的焦点的一条直线和抛物线相交,两个焦点的横、纵坐标为1x 、2x 、1y 、2y ,求证:2
114p x y =
,212y y p =-。
证明:①联立22( 2y px p y k x ==-⎧⎨⎩消去y 得22222
(2 0(0
4k p k x k p p x k -++=≠
2
124p x x =
同理消去y 可得 2
12y y p =-;
②斜率为0时,直线与抛物线不能有两个交点;
③斜率不存在时,2
114p x y = ,2
12y y p =-同样是定值;从上所述:2
114p x y =,2
12y y p =-
四.一个特殊直角问题:
过抛物线2
2(0 y px P =>的焦点F 的直线与抛物线交与A 、B 两点,若点A 、B 在抛物线
的准线上的射影分别是1A ,1B 求证:1190A FB ︒
∠=。
设A 坐标为(1x ,1y )B 坐标为(2x ,2y )
11(, 2p A y - ,12(,
2p B y -
12(, FB P y =- , 12(, FB P y =-
2
1212F A F A P y y ⋅=+ 又由上题可知 120FA FA ⋅= ,212y y P =- 。
五.线段AB 为定长中点到y 轴的最小距离问题
例:定长为3的线段AB 的两端点在抛物线2
y x =上移动,设点M 为线段AB 的中点,求
点M 到y 轴的最小距离。
解:抛物线焦点1(,0 4F , 准线
1
:4l x =-
,设点A 、B 、M 在准线l 上的射影分别是1A 、1B 、1M ,设点00(, M x y 则
111111( 22AA BB AA BB AB +=
+≥ 又
1014MM x =+
3AB = ∴01342x +≥,所以
5
4x ≥,
即0x 的最小值是5
4
∴点M 到y 轴的最小距离是5
4,当且仅当AB 过点F
是取得最小距离。
六.一条特殊的平行线
例:过抛物线焦点的一条直线与它交与两点P 、Q, 经过点P 和抛物线顶点的直线交准线于点M ,求证:直线MQ 平行于抛物线的对称轴。
设抛物线的标准方程为22y px =,设P 、Q 的坐标为
11(, x y ,22(, x y
则PO 的直线坐标为
11(, 22Py P x -- 又2112y x p = 带入M 的纵坐标 2112
111222Py Py P y y x y p -=-=-=
又2
2
1212P y y P y y -=-⇒=⇒
M 的坐标为02y y = 故直线MQ平行于抛物线的对称轴。
七.一个特殊圆
例:求证:以通过抛物线焦点的弦为直径的圆必与抛物线的准线相切。
证明:设抛物线的方程为 2
2y px =,则焦点(,0 2P F ,
准线2P
x =-
,设以过焦点F的弦AB为直径的圆的
圆心M,A、B、M在准线l 上的射影分别是
1A 、1B 、1M 则11AA BB AF BF AB
+=+=
又
111
2AA BB MM +=
∴
11
2MM AB =
,即1MM 为以AB为直径的圆的半径,且准线l ⊥1MM
∴命题成立。
本篇总结了过焦点的弦与直线的七条性质,认识这几条性质可以更清楚地认识抛物线。
八.一个特殊值:例:已知抛物线
2
11212( 2
12422112
2412121121122(, 2(
24
p p
x y p y k x p y px x x x x p p m n y px n x n p A x y p p m n p m n mn p x x x x
+=+=-==⎧⎧+++⎪=+==+=⇒+===⎨⎨⎪⎩⎩++22y px = 过焦点F 弦AB 被焦点分成m 、n 的两部分,则
112
m n p
+=
①假设直线AB 的斜率不存在则
112m n p m n p
==⇒
+= ②若AB 的斜率存在,不妨设斜率为k 则直线AB 的方程为2( 2
2p y k x y px =-=⎧⎨⎩
设1
1
(, A x y ,2
2
(, B x y 则2
11122
4p x y p p
x x +=+=⎧⎪⎨⎪⎩
又12p m x =+
22
p
n x =+ 1221212112 (
24
x x p m n
p p m n mn
p x x x x ++++===++。