1拋物線的定義:平面內與乙個定點f和一條定直線l的距離相等的點的軌跡叫做拋物線,定點f叫做拋物線的焦點,定直線l叫做拋物線的準線.
2拋物線的圖形和性質:
①頂點是焦點向準線所作垂線段中點。
②焦準距:
③通徑:過焦點垂直於軸的弦長為。
④頂點平分焦點到準線的垂線段:。
⑤焦半徑為半徑的圓:以p為圓心、fp為半徑的圓必與準線相切。所有這樣的圓過定點f、準線是公切線。
⑥焦半徑為直徑的圓:以焦半徑 fp為直徑的圓必與過頂點垂直於軸的直線相切。所有這樣的圓過定點f、過頂點垂直於軸的直線是公切線。
⑦焦點弦為直徑的圓:以焦點弦pq為直徑的圓必與準線相切。所有這樣的圓的公切線是準線。
3拋物線標準方程的四種形式:
4拋物線的影象和性質:
①焦點座標是:,
②準線方程是:。
③焦半徑公式:若點是拋物線上一點,則該點到拋物線的焦點的距離(稱為焦半徑)是:,
④焦點弦長公式:過焦點弦長
⑤拋物線上的動點可設為p或或p
5一般情況歸納:
拋物線的定義:
例1:點m與點f (-4,0)的距離比它到直線l:x-6=0的距離4.2,求點m的軌跡方程.
分析:點m到點f的距離與到直線x=4的距離恰好相等,符合拋物線定義.
答案:y2=-16x
例2:斜率為1的直線l經過拋物線y2=4x的焦點,與拋物線相交於點a、b,求線段a、b的長.
分析:這是靈活運用拋物線定義的題目.基本思路是:把求弦長ab轉化為求a、b兩點到準線距離的和.
解:如圖8-3-1,y2=4x的焦點為f (1,0),則l的方程為y=x-1.
由消去y得x2-6x+1=0.
設a (x1,y1),b (x2,y2) 則x1+x2=6.
又a、b兩點到準線的距離為,,則
點評:拋物線的定義本身也是拋物線最本質的性質,在解題中起到至關重要的作用。
例3:(1) 已知拋物線的標準方程是y2=10x,求它的焦點座標和準線方程;
(2) 已知拋物線的焦點是f (0,3)求它的標準方程;
(3) 已知拋物線方程為y=-mx2 (m>0)求它的焦點座標和準線方程;
(4) 求經過p (-4,-2)點的拋物線的標準方程;
分析:這是為掌握拋物線四類標準方程而設計的基礎題,解題時首先分清屬哪類標準型,再錄求p值(注意p>0).特別是(3)題,要先化為標準形式:,則.(4)題滿足條件的拋物線有向左和向下開口的兩條,因此有兩解.
答案:(1),.(2) x2=12y (3),;(4) y2=-x或x2=-8y.
例4 求滿足下列條件的拋物線的標準方程,並求對應拋物線的準線方程:
(1)過點(-3,2);
(2)焦點在直線x-2y-4=0上
分析:從方程形式看,求拋物線的標準方程僅需確定乙個待定係數p;從實際分析,一般需確定p和確定開口方向兩個條件,否則,應展開相應的討論
解:(1)設所求的拋物線方程為y2=-2px或x2=2py(p>0),
∵過點(-3,2),
∴4=-2p(-3)或9=2p·2
∴p=或p=
∴所求的拋物線方程為y2=-x或x2=y,前者的準線方程是x=,後者的準線方程是y=-
(2)令x=0得y=-2,令y=0得x=4,
∴拋物線的焦點為(4,0)或(0,-2)
當焦點為(4,0)時, =4,
∴p=8,此時拋物線方程y2=16x;
焦點為(0,-2)時, =2,
∴p=4,此時拋物線方程為x2=-8y
∴所求的拋物線的方程為y2=16x或x2=-8y,
對應的準線方程分別是x=-4,y=2
常用結論
① 過拋物線y2=2px的焦點f的弦ab長的最小值為2p
② 設a(x1,y), 1b(x2,y2)是拋物線y2=2px上的兩點, 則ab過f的充要條件是y1y2=-p2
③ 設a, b是拋物線y2=2px上的兩點,o為原點, 則oa⊥ob的充要條件是直線ab恆過定點(2p,0)
例5:過拋物線y2=2px (p>0)的頂點o作弦oa⊥ob,與拋物線分別交於a(x1,y1),b(x2,y2)兩點,求證:y1y2=-4p2.
分析:由oa⊥ob,得到oa、ob斜率之積等於-1,從而得到x1、x2,y1、y2之間的關係.又a、b是拋物線上的點,故(x1,y1)、(x2,y2)滿足拋物線方程.從這幾個關係式可以得到y1、y2的值.
證:由oa⊥ob,得,即y1y2=-x1x2,又,,所以:,即. 而y1y2≠0.所以y1y2=-4p2.
弦的問題
例1 a,b是拋物線y2=2px(p>0)上的兩點,滿足oaob(o為座標原點)求證:(1)a,b兩點的橫座標之積,縱座標之積為定值;
(2)直線ab經過乙個定點
(3)作omab於m,求點m的軌跡方程
解:(1)設a(x1,y1), b(x2,y2), 則y12=2px1, y22=2px2,
∴y12y22=4p2x1x2,
∵oaob, ∴x1x2+y1y2=0,
由此即可解得:x1x2=4p2, y1y2=─4p2 (定值)
(2)直線ab的斜率k===,
∴直線ab的方程為y─y1= (x─),
即y(y1+y2)─y1y2=2px, 由(1)可得 y= (x─2p),
直線ab過定點c(2p,0)
(3)解法1:設m(x,y), 由(2)知y= (x─2p) (i),
又abom, 故兩直線的斜率之積為─1, 即·= ─1 (ii)
由(i),(ii)得x2─2px+y2=0 (x0)
解法2: 由omab知點m的軌跡是以原點和點(2p,0)為直徑的圓(除去原點) 立即可求出
例2 定長為3的線段ab的兩個端點在拋物線y2=x上移動,ab的中點為m,求點m到y軸的最短距離,並求此時點m的座標
解:如圖,設a(x1,y1), b(x2,y2),m(x,y), 則x=, y=,
又設點a,b,m在準線:x=─1/4上的射影分別為a/,b/,m/, mm/與y軸的交點為n,
則|af|=|aa/|=x1+,|bf|=|bb/|=x2+,
∴x= (x1+x2)= (|af|+|bf|─) (|ab|─)=
等號在直線ab過焦點時成立,此時直線ab的方程為y=k(x─)
由得16k2x2─8(k2+2)x+k2=0
依題意|ab|=|x1─x2|=×==3,
∴k2=1/2, 此時x= (x1+x2)= =
∴y= ±即m(,), n(,─)
例3設一動直線過定點a(2, 0)且與拋物線相交於b、c兩點,點b、c在軸上的射影分別為, p是線段bc上的點,且適合,求的重心q的軌跡方程,並說明該軌跡是什麼圖形
解析: 設,
, 由得
①又代入①式得 ②
由得代入②式得:
由得或, 又由①式知關於是減函式且
, 且
所以q點軌跡為一線段(摳去一點):
(且)例4 已知拋物線,焦點為f,一直線與拋物線交於a、b兩點,且,且ab的垂直平分線恆過定點s(6, 0)
①求拋物線方程; ②求面積的最大值
解: ①設, ab中點
由得 又得
所以依題意,
拋物線方程為
②由及,
令得 又由和得:
例5 定長為3的線段ab的兩個端點在拋物線y2=x上移動,ab的中點為m,求點m到y軸的最短距離,並求此時點m的座標
解:如圖,設a(x1,y1), b(x2,y2),m(x,y), 則x=, y=,
又設點a,b,m在準線:x=─1/4上的射影分別為a/,b/,m/, mm/與y軸的交點為n,
則|af|=|aa/|=x1+,|bf|=|bb/|=x2+,
∴x= (x1+x2)= (|af|+|bf|─) (|ab|─)=
等號在直線ab過焦點時成立,此時直線ab的方程為y=k(x─)
由得16k2x2─8(k2+2)x+k2=0
依題意|ab|=|x1─x2|=×==3,
∴k2=1/2, 此時x= (x1+x2)= =
∴y= ±即m(,), n(,─)
綜合類(幾何)
例1 過拋物線焦點的一條直線與它交於兩點p、q,通過點p和拋物線頂點的直線交準線於點m,如何證明直線mq平行於拋物線的對稱軸?
解:思路一:求出m、q的縱座標並進行比較,如果相等,則mq//x軸,為此,將方程聯立,解出
直線op的方程為即
令,得m點縱座標得證.
由此可見,按這一思路去證,運算較為繁瑣.
思路二:利用命題「如果過拋物線的焦點的一條直線和這條拋物線相交,兩上交點的縱座標為、,那麼」來證.
設、、,並從及中消去x,得到,則有結論,即.
又直線op的方程為,,得.
因為在拋物線上,所以.
從而.這一證法運算較小.
思路三:直線mq的方程為的充要條件是.
將直線mo的方程和直線qf的方程聯立,它的解(x ,y)就是點p的座標,消去的充要條件是點p在拋物線上,得證.這一證法巧用了充要條件來進行逆向思維,運算量也較小.
說明:本題中過拋物線焦點的直線與x軸垂直時(即斜率不存在),容易證明成立.
例2 已知過拋物線的焦點且斜率為1的直線交拋物線於a、b兩點,點r是含拋物線頂點o的弧ab上一點,求△rab的最大面積.
分析:求rab的最大面積,因過焦點且斜率為1的弦長為定值,故可以為三角形的底,只要確定高的最大值即可.
解:設ab所在的直線方程為.
將其代入拋物線方程,消去x得
當過r的直線l平行於ab且與拋物線相切時,△rab的面積有最大值.
設直線l方程為.代入拋物線方程得
由得,這時.它到ab的距離為
∴△rab的最大面積為.
例3 直線過點,與拋物線交於、兩點,p是線段的中點,直線過p和拋物線的焦點f,設直線的斜率為k.
(1)將直線的斜率與直線的斜率之比表示為k的函式;
(2)求出的定義域及單調區間.
分析:過點p及f,利用兩點的斜率公式,可將的斜率用k表示出來,從而寫出,由函式的特點求得其定義域及單調區間.
解:(1)設的方程為:,將它代入方程,得
設,則將代入得:,即p點座標為.
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