教案 拋物線經典例題

2022-05-05 18:30:02 字數 5113 閱讀 1322

拋物線習題精選精講

(1)拋物線——二次曲線的和諧線

橢圓與雙曲線都有兩種定義方法,可拋物線只有一種:到乙個定點和一條定直線的距離相等的所有點的集合.其離心率e=1,這使它既與橢圓、雙曲線相依相伴,又鼎立在圓錐曲線之中.

由於這個美好的1,既使它享盡和諧之美,又生出多少華麗的篇章.

【例1】p為拋物線上任一點,f為焦點,則以pf為直徑的圓與y軸( )

相交相切相離位置由p確定

【解析】如圖,拋物線的焦點為,準線是

.作ph⊥於h,交y軸於q,那麼,

且.作mn⊥y軸於n則mn是梯形pqof的

中位線,.故以

pf為直徑的圓與y軸相切,選b.

【評注】相似的問題對於橢圓和雙曲線來說,其結論則

分別是相離或相交的.

(2)焦點弦——常考常新的亮點弦

有關拋物線的試題,許多都與它的焦點弦有關.理解並掌握這個焦點弦的性質,對破解這些試題是大有幫助的.

【例2】 過拋物線的焦點f作直線交拋物線於兩點,求證:

(12)

【證明】(1)如圖設拋物線的準線為,作

,.兩式相加即得:

(2)當ab⊥x軸時,有

成立;當ab與x軸不垂直時,設焦點弦ab的方程為:.代入拋物線方程:

.化簡得:

∵方程(1)之二根為x1,x2,∴.

.故不論弦ab與x軸是否垂直,恒有成立.

(3)切線——拋物線與函式有緣

有關拋物線的許多試題,又與它的切線有關.理解並掌握拋物線的切線方程,是解題者不可或缺的基本功.

【例3】證明:過拋物線上一點m(x0,y0)的切線方程是:y0y=p(x+x0)

【證明】對方程兩邊取導數:

.由點斜式方程:

y0y=p(x+x0)

(4)定點與定值——拋物線埋在深處的寶藏

拋物線中存在許多不不易發現,卻容易為人疏忽的定點和定值.掌握它們,在解題中常會有意想不到的收穫.

例如:1.一動圓的圓心在拋物線上,且動圓恆與直線相切,則此動圓必過定點

顯然.本題是例1的翻版,該圓必過拋物線的焦點,選b.

2.拋物線的通徑長為2p;

3.設拋物線過焦點的弦兩端分別為,那麼:

以下再舉一例

【例4】設拋物線的焦點弦ab在其準線上的射影是a1b1,證明:以a1b1為直徑的圓必過一定點

【分析】假定這條焦點弦就是拋物線的通徑,那麼a1b1=ab=2p,而a1b1與ab的距離為p,可知該圓必過拋物線的焦點.由此我們猜想:一切這樣的圓都過拋物線的焦點.

以下我們對ab的一般情形給於證明.

【證明】如圖設焦點兩端分別為,

那麼:設拋物線的準線交x軸於c,那麼

.這就說明:以a1b1為直徑的圓必過該拋物線的焦點.

● 通法特法妙法

(1)解析法——為對稱問題解困排難

解析幾何是用代數的方法去研究幾何,所以它能解決純幾何方法不易解決的幾何問題(如對稱問題等).

【例5】(07.四川文科卷.10題)已知拋物線

y=-x2+3上存在關於直線x+y=0對稱的相異兩點

a、b,則|ab|等於

a.3 b.4 c.3 d.4

【分析】直線ab必與直線x+y=0垂直,且線段

ab的中點必在直線x+y=0上,因得解法如下.

【解析】∵點a、b關於直線x+y=0對稱,∴設直線ab的方程為:. 由

設方程(1)之兩根為x1,x2,則.

設ab的中點為m(x0,y0),則.代入x+y=0:y0=.故有.

從而.直線ab的方程為:.方程(1)成為:.解得:

,從而,故得:a(-2,-1),b(1,2).,選c.

(2)幾何法——為解析法添彩揚威

雖然解析法使幾何學得到長足的發展,但伴之而來的卻是難以避免的繁雜計算,這又使得許多考生對解析幾何習題望而生畏.針對這種現狀,人們研究出多種使計算量大幅度減少的優秀方法,其中最有成效的就是幾何法.

【例6】(07.全國1卷.11題)拋物線的焦點為,準線為,經過且斜率為的直線與拋物線在軸上方的部分相交於點,,垂足為,則的面積( )

abcd.

【解析】如圖直線af的斜率為時∠afx=60°.

△afk為正三角形.設準線交x軸於m,則

且∠kfm=60°,∴.選c.

【評注】(1)平面幾何知識:邊長為a的正三角形的

面積用公式計算.

(2)本題如果用解析法,需先列方程組求點a的座標,,再計算正三角形的邊長和面積.雖不是很難,但決沒有如上的幾何法簡單.

(3)定義法——追本求真的簡單一著

許多解析幾何習題咋看起來很難.但如果返樸歸真,用最原始的定義去做,反而特別簡單.

【例7】(07.湖北卷.7題)雙曲線

的左準線為,左焦點和右焦點分別為和;拋物線的線為,焦點為與的乙個交點為,則等於( )

abcd.

【分析】 這道題如果用解析法去做,計算會特別繁雜,而平面幾何知識又一時用不上,那麼就從最原始的定義方面去尋找出路吧.

如圖,我們先做必要的準備工作:設雙曲線的半

焦距c,離心率為e,作,令

.∵點m在拋物線上,

,這就是說:的實質是離心率e.

其次,與離心率e有什麼關係?注意到:

. 這樣,最後的答案就自然浮出水面了:由於.∴選 a..

(4)三角法——本身也是一種解析

三角學蘊藏著豐富的解題資源.利用三角手段,可以比較容易地將異名異角的三角函式轉化為同名同角的三角函式,然後根據各種三角關係實施「九九歸一」——達到解題目的.

因此,在解析幾何解題中,恰當地引入三角資源,常可以擺脫困境,簡化計算.

【例8】(07.重慶文科.21題)如圖,傾斜角為a的直線經過拋物線的焦點f,且與拋物線交於a、b兩點。

(ⅰ)求拋物線的焦點f的座標及準線l的方程;

(ⅱ)若a為銳角,作線段ab的垂直平分線m交

x軸於點p,證明|fp|-|fp|cos2a為定值,並求此定值。

【解析】(ⅰ)焦點f(2,0),準線.

(ⅱ)直線ab:

代入(1),整理得:

設方程(2)之二根為y1,y2,則.

設ab中點為

ab的垂直平分線方程是:.

令y=0,則

故於是|fp|-|fp|cos2a=,故為定值.

(5)消去法——合理減負的常用方法.

避免解析幾何中的繁雜運算,是革新、創新的永恆課題.其中最值得推薦的優秀方法之一便是設而不求,它類似兵法上所說的「不戰而屈人之兵」.

【例9】 是否存在同時滿足下列兩條件的直線:(1)與拋物線有兩個不同的交點a和b;(2)線段ab被直線:x+5y-5=0垂直平分.若不存在,說明理由,若存在,求出直線的方程.

【解析】假定在拋物線上存在這樣的兩點

∵線段ab被直線:x+5y-5=0垂直平分,且

.設線段ab的中點為.代入x+5y-5=0得x=1.於是:

ab中點為.故存在符合題設條件的直線,其方程為:

(6)探索法——奔向數學方法的高深層次

有一些解析幾何習題,初看起來好似「樹高蔭深,叫樵夫難以下手」.這時就得冷靜分析,探索規律,不斷地猜想——證明——再猜想——再證明.終於發現「無限風光在險峰」.

【例10】(07.安徽卷.14題)如圖,拋物線y=-x2+1與x軸的正半軸交於點a,將線段oa的n等分點從左至右依次記為p1,p2,…,pn-1,過這些分點分別作x軸的垂線,與拋物線的交點依次為q1,q2,…,qn-1,從而得到n-1個直角三角形△q1op1, △q2p1p2,…, △qn-1pn-1pn-1,當n→∞時,這些三角形的面積之和的極限為

【解析】∵

設oa上第k個分點為

第k個三角形的面積為:

.故這些三角形的面積之和的極限

拋物線定義的妙用

對於拋物線有關問題的求解,若能巧妙地應用定義思考,常能化繁為簡,優化解題思路,提高思維能力。現舉例說明如下。

一、求軌跡(或方程)

例1. 已知動點m的座標滿足方程,則動點m的軌跡是( )

a. 橢圓 b. 雙曲線 c. 拋物線 d. 以上都不對

解:由題意得:

即動點到直線的距離等於它到原點(0,0)的距離

由拋物線定義可知:動點m的軌跡是以原點(0,0)為焦點,以直線為準線的拋物線。

故選c。

二、求引數的值

例2. 已知拋物線的頂點在原點,焦點在y軸上,拋物線上一點到焦點距離為5,求m的值。

解:設拋物線方程為,準線方程:

∵點m到焦點距離與到準線距離相等

解得:∴拋物線方程為

把代入得:

三、求角

例3. 過拋物線焦點f的直線與拋物線交於a、b兩點,若a、b在拋物線準線上的射影分別為,則

a. 45° b. 60° c. 90° d. 120°

圖1解:如圖1,由拋物線的定義知:

則由題意知:

即故選c。

四、求三角形面積

例4. 設o為拋物線的頂點,f為拋物線的焦點且pq為過焦點的弦,若,。求△opq的面積。

解析:如圖2,不妨設拋物線方程為,點、點

圖2則由拋物線定義知:

又,則由得:

即又pq為過焦點的弦,所以

則所以,

點評:將焦點弦分成兩段,利用定義將焦點弦長用兩端點橫座標表示,結合拋物線方程,利用韋達定理是常見的基本技能。

五、求最值

例5. 設p是拋物線上的乙個動點。

(1)求點p到點a(-1,1)的距離與點p到直線的距離之和的最小值;

(2)若b(3,2),求的最小值。

解:(1)如圖3,易知拋物線的焦點為f(1,0),準線是

由拋物線的定義知:點p到直線的距離等於點p到焦點f的距離。

於是,問題轉化為:在曲線上求一點p,使點p到點a(-1,1)的距離與點p到f(1,0)的距離之和最小。

顯然,鏈結af交曲線於p點,則所求最小值為,即為。

圖3(2)如圖4,自點b作bq垂直準線於q交拋物線於點,則

,則有即的最小值為4

圖4點評:本題利用拋物線的定義,將拋物線上的點到準線的距離轉化為該點到焦點的距離,從而構造出「兩點間線段距離最短」,使問題獲解。

六、證明

例6. 求證:以拋物線過焦點的弦為直徑的圓,必與此拋物線的準線相切。

證明:如圖5,設拋物線的準線為,過a、b兩點分別作ac、bd垂直於,垂足分別為c、d。取線段ab中點m,作mh垂直於h。

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