【数学】2019届高考一轮复习北师大版理9-12一道高考题引发的探究(抛物线)学案

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【数学】2019届高考一轮复习北师大版理9-12一道高考题引发的探究(抛物线)学案

‎             一道高考题引发的探究 ‎[真题示例]‎ ‎ (2017·高考全国卷Ⅰ)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 ‎[命题意图] 本题主要考查抛物线的定义、焦点弦及基本不等式的应用(或函数最值).考查逻辑推理和运算求解能力.‎ ‎[解题思路] 一般利用弦长公式计算,有时也会引入中间变量利用函数的有界性或取值范围求解.‎ 一、解法探究  焦点弦 法一:设l1的倾斜角α,α∈(0°,90°),则l2的倾斜角为90°+α.‎ 由焦点弦公式得|AB|=,|DE|==.所以|AB|+|DE|=+=.‎ 所以当sin22α=1,即α=45°时,(|AB|+|DE|)min=16.‎ 法二:由题意知,显然直线l1,l2的斜率都存在.‎ 设l1的斜率为k,则l2的斜率为-.‎ 由焦点弦公式得 ‎|AB|=×4,|DE|=×4=(1+k2)×4.‎ 所以|AB|+|DE|=4 ‎=4≥4+8=16.‎ 当且仅当k2=1,即k=±1时,(|AB|+|DE|)min=16.‎  弦长公式与抛物线定义 法三:显然l1,l2的斜率都存在,设l1的斜率为k,则l2的斜率为-,‎ 因为抛物线y2=4x的焦点F(1,0),‎ 设l1的方程为y=k(x-1),代入y2=4x得 k2x2-(2k2+4)x+k2=0,Δ=16(k2+1)>0.‎ 设A(x1,y1),B(x2,y2),‎ 所以x1+x2=,x1x2=1.‎ ‎|AB|= ‎==.‎ 同理|DE|=4(1+k2).‎ 所以|AB|+|DE|=+4(1+k2).(下同法二).‎ 法四:由法三与抛物线定义知,‎ ‎|AB|=x1+x2+2=+2=.‎ k用-代换得|DE|==4(k2+1).‎ 所以|AB|+|DE|=+4(k2+1).(下同法二)‎ 答案:A 二、内涵探究 ‎[问题1] 已知F为抛物线y2=4x的焦点,过F且互相垂直的弦AB与DE,则+=________.‎ 解析:不妨设直线AB的倾斜角为α,α∈(0°,90°),则 由焦点弦公式得 ‎|AB|=,|DE|==,‎ 所以+=+=.‎ 所以+=.‎ 答案: ‎[问题2] 已知F为抛物线y2=4x的焦点,AB为过F的弦.‎ 有下列结论 ‎①+为定值;‎ ‎②|AB|min=4;‎ ‎③|FA|·|FB|min=4;‎ ‎④以AB为直径的圆与y轴相切;‎ ‎⑤·为定值.(O为坐标原点)‎ 则正确的结论序号有________.‎ 解析:因为F(1,0),设弦AB所在的直线方程为x=my+1.代入抛物线y2=4x得y2-4my-4=0.‎ Δ=16(m2+1)>0.‎ 设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=4m,y1y2=-4.‎ 所以x1+x2=m(y1+y2)+2=4m2+2.‎ x1x2=·==1.‎ 对于①,+=+ ‎===1.‎ 即+为定值1,①正确.‎ 对于②,|AB|=x1+x2+2=4m2+4≥4.‎ 所以|AB|min=4,②正确.‎ 对于③,|FA|·|FB|=(x1+1)(x2+1)‎ ‎=x1x2+x1+x2+1=4m2+4≥4,③正确.‎ 对于④,AB的中点M的横坐标为=2m2+1,‎ 所以M到y轴的距离为d=2m2+1,又|AB|=2m2+2>d.‎ 故以|AB|为直径的圆与y轴相交.‎ 故④错误.(事实上,以AB为直径的圆与准线相切).‎ 对于⑤,·=x1x2+y1y2=1+(-4)=-3.‎ 即·为定值-3,即⑤正确.‎ 所以正确的序号有①②③⑤.‎ 答案:①②③⑤‎ ‎[问题3] 已知F为抛物线y2=4x的焦点,过F且互相垂直的弦AB与DE,则四边形ADBE面积的最小值为(  )‎ A.16 B.32‎ C.48 D.64‎ 解析:选B.由问题1知,S四边形ADBE=|AB|·|DE|‎ ‎=··=.‎ 当sin22α=1,即α=45°时,S四边形ADBE的最小值为32.‎ 三、外延探究 ‎[问题4] 过椭圆C:+=1的右焦点F且互相垂直的两弦分别为AB与DE.‎ ‎(1)求证+为定值,并求|AB|+|DE|的最小值;‎ ‎(2)求四边形ADBE面积S的最小值,并求此时直线AB的方程.‎ 解:(1)由+=1知F(1,0).‎ 设直线AB的方程为x=my+1.‎ 代入+=1得(4+3m2)y2+6my-9=0,‎ Δ=144(m2+1)>0.‎ 设A(x1,y1),B(x2,y2),‎ 则y1+y2=-,y1y2=.‎ 所以|AB|= ‎= ‎= ‎= ‎=.‎ m用-代换得|DE|=.‎ 所以+ ‎=+==.‎ 所以+=(定值).‎ (|AB|+|DE|)‎ ‎=2++≥2+2=4.‎ 即(|AB|+|DE|)≥4.‎ 所以|AB|+|DE|≥,‎ 当且仅当|AB|=|DE|=时,‎ ‎|AB|+|DE|取得最小值.‎ ‎(2)因为AB⊥DE.‎ 所以S=|AB|·|DE|‎ ‎=·· ‎=72· ‎=72·.‎ 令t=+2≥4.‎ 所以S=72·=.‎ 所以当t=4时,Smin=.‎ 即当m=±1时,S取得最小值.‎ 此时,直线AB的方程为x=±y+1.‎ 即y=x-1或y=-x+1.‎ ‎[问题5] 如图所示.已知点E(m,0)为抛物线y2=4x内的一个定点,过E作斜率分别为k1,k2的两条直线,分别交抛物线于点A、B、C、D,且M、N分别是AB、CD的中点.‎ ‎(1)若m=1,k1k2=-1,求三角形EMN面积的最小值;‎ ‎(2)若k1+k2=1,求证:直线MN过定点.‎ 解:(1)当m=1时,E为抛物线y2=4x的焦点,‎ 因为k1k2=-1,所以AB⊥CD,‎ 设直线AB的方程为y=k1(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),‎ 由得k1y2-4y-4k1=0,y1+y2=,‎ y1y2=-4,‎ 因为AB中点M,‎ 所以M,‎ 同理,点N(2k+1,-2k1).‎ 所以S△EMN=|EM|·|EN|=·=2≥2=4,‎ 当且仅当k=,即k1=±1时,△EMN的面积取最小值4.‎ ‎(2)证明:设直线AB方程为y=k1(x-m),A(x1,y1),B(x2,y2),‎ 由得k1y2-4y-4k1m=0,y1+y2=,‎ y1y2=-4m,‎ 因为AB中点M,‎ 所以M,‎ 同理,点N,‎ 所以kMN===k1k2,‎ 所以直线MN:y-=k1k2,‎ 即y=k1k2(x-m)+2,‎ 所以直线MN恒过定点(m,2).‎
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