2019届二轮复习第九章第7节 抛物线学案(全国通用)

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2019届二轮复习第九章第7节 抛物线学案(全国通用)

第7节 抛物线 最新考纲 1.了解抛物线的实际背景,了解抛物线在刻画现实世界和解决实际问题中的作用;2.掌握抛物线的定义、几何图形、标准方程及简单几何性质.‎ 知 识 梳 理 ‎1.抛物线的定义 ‎(1)平面内与一个定点F和一条定直线l(F∉l)的距离相等的点的轨迹叫做抛物线.点F叫做抛物线的焦点,直线l叫做抛物线的准线.‎ ‎(2)其数学表达式:{M MF|=d}(d为点M到准线l的距离).‎ ‎2.抛物线的标准方程与几何性质 图形 标准方程 y2=2px(p>0)‎ y2=‎ ‎-2px(p>0)‎ x2=2py(p>0)‎ x2=‎ ‎-2py(p>0)‎ p的几何意义:焦点F到准线l的距离 性质 顶点 O(0,0)‎ 对称轴 y=0‎ x=0‎ 焦点 F F F F 离心率 e=1‎ 准线 方程 x=- x= y=- y= 范围 x≥0,y∈R x≤0,y∈R y≥0,x∈R y≤0,x∈R 开口 方向 向右 向左 向上 向下 ‎[常用结论与微点提醒]‎ ‎1.通径:过焦点垂直于对称轴的弦长等于2p,通径是过焦点最短的弦.‎ ‎2.抛物线y2=2px(p>0)上一点P(x0,y0)到焦点F的距离|PF|=x0+,也称为抛物线的焦半径.‎ 诊 断 自 测 ‎1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)‎ ‎(1)平面内与一个定点F和一条定直线l的距离相等的点的轨迹一定是抛物线.(  )‎ ‎(2)方程y=ax2(a≠0)表示的曲线是焦点在x轴上的抛物线,且其焦点坐标是,准线方程是x=-.(  )‎ ‎(3)抛物线既是中心对称图形,又是轴对称图形.(  )‎ ‎(4)AB为抛物线y2=2px(p>0)的过焦点F的弦,若A(x1,y1),B(x2,y2),则x1x2=,y1y2=-p2,弦长|AB|=x1+x2+p.(  )‎ 解析 (1)当定点在定直线上时,轨迹为过定点F与定直线l垂直的一条直线,而非抛物线.‎ ‎(2)方程y=ax2(a≠0)可化为x2=y,是焦点在y轴上的抛物线,且其焦点坐标是,准线方程是y=-.‎ ‎(3)抛物线是只有一条对称轴的轴对称图形.‎ 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√‎ ‎2.以x=1为准线的抛物线的标准方程为(  )‎ A.y2=2x B.y2=-2x C.y2=4x D.y2=-4x 解析 由准线x=1知,抛物线方程为:‎ y2=-2px(p>0)且=1,p=2,‎ ‎∴抛物线的方程为y2=-4x.‎ 答案 D ‎3.(2018·黄冈联考)已知方程y2=4x表示抛物线,且该抛物线的焦点到直线x=m 的距离为4,则m的值为(  )‎ A.5 B.-3或5‎ C.-2或6 D.6‎ 解析 抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),它与直线x=m的距离为d=|m-1|=4,∴m=-3或5,故选B.‎ 答案 B ‎4.(选修2-1P73A4(2)改编)已知抛物线的顶点是原点,对称轴为坐标轴,并且经过点P(-2,-4),则该抛物线的标准方程为 .‎ 解析 很明显点P在第三象限,所以抛物线的焦点可能在x轴负半轴上或y轴负半轴上.‎ 当焦点在x轴负半轴上时,设方程为y2=-2px(p>0),把点P(-2,-4)的坐标代入得(-4)2=-2p×(-2),‎ 解得p=4,此时抛物线的标准方程为y2=-8x;‎ 当焦点在y轴负半轴上时,设方程为x2=-2py(p>0),把点P(-2,-4)的坐标代入得(-2)2=-2p×(-4),解得p=,此时抛物线的标准方程为x2=-y.‎ 综上可知,抛物线的标准方程为y2=-8x或x2=-y.‎ 答案 y2=-8x或x2=-y ‎5.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 .‎ 解析 设直线l的方程为y=k(x+2),代入抛物线方程,消去y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k的取值范围是[-1,1].‎ 答案 [-1,1]‎ 考点一 抛物线的定义及应用 ‎【例1】 (1)已知F是抛物线y2=x的焦点,A,B是该抛物线上的两点,|AF|+|BF|=3,则线段AB的中点D到y轴的距离为(  )‎ A. B.1 C. D. ‎(2)若抛物线y2=2x的焦点是F,点P是抛物线上的动点,又有点A(3,2),则|PA|+|PF|取最小值时点P的坐标为 .‎ 解析 (1)因为抛物线y2=x的准线方程为x=-.‎ 如图所示,过点A,B,D分别作直线x=-的垂线,垂足分别为G,E,M,因为|AF|+|BF|=3,根据抛物线的定义,|AG|=|AF|,|BE|=|BF|,所以|AG|+|BE|=3,所以|MD|==,即线段AB的中点D到y轴的距离为-=.‎ ‎(2)将x=3代入抛物线方程 y2=2x,得y=±.‎ ‎∵>2,∴A在抛物线内部,如图.‎ 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,当PA⊥l时,|PA|+d最小,最小值为,此时P点纵坐标为2,代入y2=2x,得x=2,∴点P的坐标为(2,2).‎ 答案 (1)C (2)(2,2)‎ 规律方法 应用抛物线定义的两个关键点 ‎(1)由抛物线定义,把抛物线上点到焦点距离与到准线距离相互转化.‎ ‎(2)注意灵活运用抛物线上一点P(x0,y0)到焦点F的距离|PF|=|x0|+或|PF|=|y0|+.‎ ‎【训练1】 (1)动圆过点(1,0),且与直线x=-1相切,则动圆的圆心的轨迹方程为 .‎ ‎(2)(2017·全国Ⅱ卷)已知F是抛物线C:y2=8x的焦点,M是C上一点,FM的延长线交y轴于点N.若M为FN的中点,则|FN|= .‎ 解析 (1)设动圆的圆心坐标为(x,y),则圆心到点(1,0)的距离与到直线x=-1的距离相等,根据抛物线的定义易知动圆的圆心的轨迹方程为y2=4x.‎ ‎(2)如图,不妨设点M位于第一象限内,抛物线C的准线交x 轴于点A,过点M作准线的垂线,垂足为点B,交y轴于点P,∴PM∥OF.‎ 由题意知,F(2,0),|FO|=|AO|=2.‎ ‎∵点M为FN的中点,PM∥OF,‎ ‎∴|MP|=|FO|=1.‎ 又|BP|=|AO|=2,‎ ‎∴|MB|=|MP|+|BP|=3.‎ 由抛物线的定义知|MF|=|MB|=3,故|FN|=2|MF|=6.‎ 答案 (1)y2=4x (2)6‎ 考点二 抛物线的标准方程及其性质 ‎【例2】 (1)已知双曲线C1:-=1(a>0,b>0)的离心率为2.若抛物线C2:x2=2py(p>0)的焦点到双曲线C1的渐近线的距离为2,则抛物线C2的方程为(  )‎ A.x2=y B.x2=y C.x2=8y D.x2=16y ‎(2)(2016·全国Ⅰ卷)以抛物线C的顶点为圆心的圆交C于A,B两点,交C的准线于D,E两点.已知|AB|=4,|DE|=2,则C的焦点到准线的距离为(  )‎ A.2 B.4 C.6 D.8‎ 解析 (1)∵-=1(a>0,b>0)的离心率为2,‎ ‎∴=2,即==4,∴=.‎ x2=2py(p>0)的焦点坐标为,-=1(a>0,b>0)的渐近线方程为y=‎ ‎±x,即y=±x.由题意得=2,解得p=8.故C2的方程为x2=16y.‎ ‎(2)不妨设抛物线C:y2=2px(p>0),圆的方程为x2+y2=r2(r>0),‎ ‎∵|AB|=4,|DE|=2,‎ 抛物线的准线方程为x=-,‎ ‎∴不妨设A,D,‎ ‎∵点A,D在圆x2+y2=r2上,‎ ‎∴+8=+5,解得p=4(负值舍去),‎ 故C的焦点到准线的距离为4.‎ 答案 (1)D (2)B 规律方法 1.求抛物线标准方程的常用方法是待定系数法,其关键是判断焦点位置、开口方向,在方程的类型已经确定的前提下,由于标准方程只有一个参数p,只需一个条件就可以确定抛物线的标准方程.‎ ‎2.在解决与抛物线的性质有关的问题时,要注意利用几何图形的形象、直观的特点来解题,特别是涉及焦点、顶点、准线的问题更是如此.‎ ‎【训练2】 (1)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|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则此抛物线的方程为 .‎ ‎(2)过抛物线y2=4x的焦点F的直线交该抛物线于A,B两点,O为坐标原点.若|AF|=3,则△AOB的面积为 .‎ ‎(1)解析 设A,B在准线上的射影分别为A1,B1,‎ 由于|BC|=2|BF|=2|BB1|,则直线的斜率为,‎ 故|AC|=2|AA1|=6,从而|BF|=1,|AB|=4,‎ 故==,即p=,从而抛物线的方程为y2=3x.‎ ‎(2)如图,由题意知,抛物线的焦点F的坐标为(1,0),又|AF|=3,由抛物线定义知,点A到准线x=-1的距离为3,所以点A的横坐标为2,将x=2代入y2=4x得y2=8,由图知点A的纵坐标为y=2,所以A(2,2),所以直线AF的方程为y=2(x-1),‎ 联立直线与抛物线的方程 解得或由图知B,‎ 所以S△AOB=×1×|yA-yB|=.‎ 答案 (1)y2=3x (2) 考点三 直线与抛物线的位置关系(多维探究)‎ 命题角度1 直线与抛物线的公共点(交点)问题 ‎【例3-1】 (2016·全国Ⅰ卷)在直角坐标系xOy中,直线l:y=t(t≠0)交y轴于点M,交抛物线C:y2=2px(p>0)于点P,M关于点P的对称点为N,连接ON并延长交C于点H.‎ ‎(1)求;‎ ‎(2)除H以外,直线MH与C是否有其它公共点?说明理由.‎ 解 (1)如图,由已知得M(0,t),P,‎ 又N为M关于点P的对称点,故N,‎ 故直线ON的方程为y=x,‎ 将其代入y2=2px整理得px2-2t2x=0,‎ 解得x1=0,x2=,因此H.‎ 所以N为OH的中点,即=2.‎ ‎(2)直线MH与C除H以外没有其它公共点,理由如下:‎ 直线MH的方程为y-t=x,即x=(y-t).‎ 代入y2=2px得y2-4ty+4t2=0,‎ 解得y1=y2=2t,‎ 即直线MH与C只有一个公共点,‎ 所以除H以外,直线MH与C没有其它公共点.‎ 命题角度2 与抛物线弦长(中点)有关的问题 ‎【例3-2】 (2017·北京卷)已知抛物线C:y2=2px过点P(1,1),过点作直线l与抛物线C交于不同的两点M,N,过点M作x轴的垂线分别与直线OP,ON交于点A,B,其中O为原点.‎ ‎(1)求抛物线C的方程,并求其焦点坐标和准线方程;‎ ‎(2)求证:A为线段BM的中点.‎ ‎(1)解 把P(1,1)代入y2=2px,得p=,‎ 所以抛物线C的方程为y2=x,‎ 焦点坐标为,准线方程为x=-.‎ ‎(2)证明 当直线MN斜率不存在或斜率为零时,显然与抛物线只有一个交点不满足题意,所以直线MN(也就是直线l)斜率存在且不为零.‎ 由题意,设直线l的方程为y=kx+(k≠0),l与抛物线C的交点为M(x1,y1),N(x2,y2).‎ 由消去y得4k2x2+(4k-4)x+1=0.‎ 考虑Δ=(4k-4)2-4×4k2=16(1-2k),‎ 由题可知有两交点,所以判别式大于零,所以k<.‎ 则x1+x2=,x1x2=.‎ 因为点P的坐标为(1,1),所以直线OP的方程为y=x,点A的坐标为(x1,x1).‎ 直线ON的方程为y=x,点B的坐标为.‎ 因为y1+-2x1= ‎= ‎= ‎==0.‎ 所以y1+=2x1.‎ 故A为线段BM的中点.‎ 规律方法 1.直线与抛物线的位置关系和直线与椭圆、双曲线的位置关系类似,一般要用到根与系数的关系.‎ ‎2.有关直线与抛物线的弦长问题,要注意直线是否过抛物线的焦点.若过抛物线的焦点,可直接使用公式|AB|=x1+x2+p,若不过焦点,则必须用一般弦长公式.‎ ‎3.涉及抛物线的弦长、中点、距离等相关问题时,一般利用根与系数的关系采用“设而不求”、“整体代入”等解法.‎ 提醒:涉及弦的中点、斜率时一般用“点差法”求解.‎ ‎【训练3】 (2017·全国Ⅰ卷)已知F为抛物线C:y2=4x的焦点,过F作两条互相垂直的直线l1,l2,直线l1与C交于A,B两点,直线l2与C交于D,E两点,则|AB|+|DE|的最小值为(  )‎ A.16 B.14 C.12 D.10‎ 解析 抛物线C:y2=4x的焦点为F(1,0),由题意可知l1,l2的斜率存在且不为0.不妨设直线l1的斜率为k,则l2直线的斜率为-,故l1:y=k(x-1),l2:y=‎ ‎-(x-1).‎ 由消去y得k2x2-(2k2+4)x+k2=0.‎ 设A(x1,y1),B(x2,y2),∴x1+x2==2+,‎ 由抛物线定义可知,|AB|=x1+x2+2=4+.‎ 同理得|DE|=4+4k2,‎ ‎∴|AB|+|DE|=8+4k2+≥8+2=16.‎ 当且仅当=k2,即k=±1时取等号.‎ 故|AB|+|DE|的最小值为16.‎ 答案 A 基础巩固题组 ‎(建议用时:40分钟)‎ 一、选择题 ‎1.(2018·太原月考)若抛物线y=ax2的焦点坐标是(0,1),则a等于(  )‎ A.1 B. C.2 D. 解析 因为抛物线的标准方程为x2=y,‎ 所以其焦点坐标为,‎ 则有=1,解得a=.‎ 答案 D ‎2.(2016·全国Ⅱ卷)设F为抛物线C:y2=4x的焦点,曲线y=(k>0)与C交于点P,PF⊥x轴,则k=(  )‎ A. B.1‎ C. D.2‎ 解析 由题可知抛物线的焦点坐标为(1,0),由PF⊥x轴知,|PF|=2,所以P点的坐标为(1,2),代入曲线y=(k>0)得k=2.‎ 答案 D ‎3.(2018·张掖诊断)过抛物线y2=4x的焦点的直线l交抛物线于P(x1,y1),Q(x2,y2)两点,如果x1+x2=6,则|PQ|=(  )‎ A.9 B.8‎ C.7 D.6‎ 解析 抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),准线方程为x=-1.根据题意可得,|PQ|=|PF|+|QF|=x1+1+x2+1=x1+x2+2=8.‎ 答案 B ‎4.(2018·莆田质检)设抛物线C:y2=3x的焦点为F,点A为C上一点,若|FA|=3,则直线FA的倾斜角为(  )‎ A. B. C.或 D.或 解析 如图,作AH⊥l于H,则|AH|=|FA|=3,作FE⊥AH于E,则|AE|=3-=,在Rt△AEF中,cos∠EAF==,‎ ‎∴∠EAF=,即直线FA的倾斜角为,同理点A在x轴下方时,直线FA的倾斜角为.‎ 答案 C ‎5.(2018·衡水调研)已知抛物线y2=4x,过点P(4,0)的直线与抛物线相交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则y+y的最小值为(  )‎ A.12 B.24‎ C.16 D.32‎ 解析 当直线的斜率不存在时,其方程为x=4,由得y1=-4,y2=4,∴y+y=32.当直线的斜率存在时,设其方程为y=k(x-4),由得ky2-4y-16k=0,∴y1+y2=,y1y2=-16,∴y+y=(y1+y2)2-2y1y2=+32>32,综上可知,y+y≥32.‎ ‎∴y+y的最小值为32.‎ 答案 D 二、填空题 ‎6.(2018·广东省际名校联考)圆(x+1)2+y2=1的圆心是抛物线y2=px(p<0)的焦点,则p= .‎ 解析 由题意知圆心为(-1,0),则=-1,解得p=-4.‎ 答案 -4‎ ‎7.(2018·黄山模拟)已知抛物线C:y2=8x,焦点为F,点P(0,4),点A在抛物线上,当点A到抛物线准线l的距离与点A到点P的距离之和最小时,延长AF交抛物线于点B,则△AOB的面积为 .‎ 解析 F(2,0),设A在抛物线准线上的投影为A′,‎ 由抛物线的定义知,|AA′|=|AF|,‎ 则点A到点P(0,4)的距离与A到该抛物线准线的距离之和d=|AP|+|AF|≥|PF|=2,当F,A,P三点共线时d取得最小值,‎ 此时直线AB的斜率为-2,方程为y=-2(x-2),即x=-+2,‎ 代入抛物线C:y2=8x,可得y2+4y-16=0,‎ 解得y=-2-2或-2+2.‎ ‎∴△AOB的面积为×2×|(-2-2)-(-2+2)|=4.‎ 答案 4 ‎8.如图是抛物线形拱桥,当水面在l时,拱顶离水面2米,水面宽4米.水位下降1米后,水面宽 米.‎ 解析 建立如图平面直角坐标系,设抛物方程为x2=-2py(p>0).‎ 由题意将点A(2,-2)代入x2=-2py,得p=1,故x2=-2y.设B(x,-3),代入x2=-2y中,得x=,故水面宽为2米.‎ 答案 2 三、解答题 ‎9.已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,抛物线C与直线l1:y=-x的一个交点的横坐标为8.‎ ‎(1)求抛物线C的方程;‎ ‎(2)不过原点的直线l2与l1垂直,且与抛物线交于不同的两点A,B,若线段AB的中点为P,且|OP|=|PB|,求△FAB的面积.‎ 解 (1)易知直线与抛物线的交点坐标为(8,-8),‎ ‎∴(-8)2=2p×8,∴2p=8,∴抛物线方程为y2=8x.‎ ‎(2)直线l2与l1垂直,故可设直线l2:x=y+m,A(x1,y1),B(x2,y2),且直线l2‎ 与x轴的交点为M.‎ 由得y2-8y-8m=0,‎ Δ=64+32m>0,∴m>-2.‎ y1+y2=8,y1y2=-8m,‎ ‎∴x1x2==m2.‎ 由题意可知OA⊥OB,即x1x2+y1y2=m2-8m=0,‎ ‎∴m=8或m=0(舍),∴直线l2:x=y+8,M(8,0).‎ 故S△FAB=S△FMB+S△FMA=·|FM|·|y1-y2|‎ ‎=3=24.‎ ‎10.(2017·全国Ⅰ卷)设A,B为曲线C:y=上两点,A与B的横坐标之和为4.‎ ‎(1)求直线AB的斜率;‎ ‎(2)设M为曲线C上一点,C在M处的切线与直线AB平行,且AM⊥BM,求直线AB的方程.‎ 解 (1)设A(x1,y1),B(x2,y2),‎ 则x1≠x2,y1=,y2=,x1+x2=4.‎ 于是直线AB的斜率k===1.‎ ‎(2)由y=,得y′=.‎ 设M(x3,y3),由题设知=1,解得x3=2,于是M(2,1).‎ 设直线AB的方程为y=x+m,‎ 故线段AB的中点为N(2,2+m),|MN|=|m+1|.‎ 将y=x+m代入y=得x2-4x-4m=0.‎ 当Δ=16(m+1)>0,即m>-1时,x1,2=2±2.‎ 从而|AB|=|x1-x2|=4.‎ 由题设知|AB|=2|MN|,即4=2(m+1),‎ 解得m=7.‎ 所以直线AB的方程为x-y+7=0.‎ 能力提升题组 ‎(建议用时:20分钟)‎ ‎11.(2018·南昌模拟)已知抛物线C1:y=x2(p>0)的焦点与双曲线C2:-y2=1的右焦点的连线交C1于点M(M在第一象限),若C1在点M处的切线平行于C2的一条渐近线,则p=(  )‎ A. B. C. D. 解析 由抛物线C1:y=x2(p>0)得x2=2py(p>0),‎ 所以抛物线的焦点坐标为.‎ 由-y2=1得a=,b=1,c=2.‎ 所以双曲线的右焦点为(2,0).‎ 则抛物线的焦点与双曲线的右焦点的连线所在直线方程为=.即px+4y-2p=0.①‎ 设M(x0>0),则C1在点M处的切线的斜率为.‎ 由题意可知=,解得x0=p,‎ 所以M,‎ 把M点的坐标代入①得+p-2p=0.‎ 解得p=.‎ 答案 D ‎12.已知抛物线方程为y2=-4x,直线l的方程为2x+y-4=0,在抛物线上有一动点A,点A到y轴的距离为m,到直线l的距离为n,则m+n的最小值为 .‎ 解析 如图,过A作AH⊥l,AN垂直于抛物线的准线,则|AH|+|AN|=m+n+1,连接AF,则|AF|+|AH|=m+n+1,由平面几何知识,知当A,F,H三点共线时,|AF|+|AH|=m+n+1取得最小值,最小值为F到直线l的距离,即=,即m+n的最小值为-1.‎ 答案 -1‎ ‎13.已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,A(x1,y1),B(x2,y2)是过F的直线与抛物线的两个交点,求证:‎ ‎(1)y1y2=-p2,x1x2=;‎ ‎(2)+为定值;‎ ‎(3)以AB为直径的圆与抛物线的准线相切.‎ 证明 (1)由已知得抛物线焦点坐标为.‎ 由题意可设直线方程为x=my+,代入y2=2px,‎ 得y2=2p,即y2-2pmy-p2=0.( )‎ 则y1,y2是方程( )的两个实数根,‎ 所以y1y2=-p2.‎ 因为y=2px1,y=2px2,所以yy=4p2x1x2,‎ 所以x1x2===.‎ ‎(2)+=+ ‎=.‎ 因为x1x2=,x1+x2=|AB|-p,代入上式,‎ 得+==(定值).‎ ‎(3)设AB的中点为M(x0,y0),分别过A,B作准线的垂线,垂足为C,D,过M作准线的垂线,垂足为N,‎ 则|MN|=(|AC|+|BD|)=‎ (|AF|+|BF|)=|AB|.‎ 所以以AB为直径的圆与抛物线的准线相切.‎
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