抛物线性质归纳、证明和应用

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1、 抛物线性质归纳、证明和应用抛物线是平面内到定点的距离等于到定直线(定点在定直线外)的距离的点的轨迹,它是椭圆过渡到双曲线的瞬间曲线,它只有一支(双曲线有两支),只有一条对称轴,没有渐近线和对称中心,属于无心曲线抛物线的焦半径、焦点弦性质丰富多彩,此外还有定点、定值、定弦、最值等问题也值得探讨,抛物线的许多性质也是历年高考的重点和热点,这里就它的一些性质加以归纳,说明和证明,及其在历年高考和模拟考试出现的典例一、焦半径、焦点弦性质如图,AB是过抛物线 y22px(p0)焦点F的弦,AD、BC是准线的垂线,垂足分别为D、C,M是CD的中点,N是AB的中点设点A(x1,y1)、点B(x2,y2),

2、直线AB交y轴于点K(0,y3),则:K(0,y3)CMDB(x2,y2)ROF( ,0)A(x1,y1)xyHGxqNQ y1y2p2; x1x2; ; | AB |x1x2p (q为AB的倾斜角); SOAB,S梯形ABCD. ; AMBDFCRt; AM、BM是抛物线的切线; AM、BM分别是DAB和CBA的平分线; AM、DF、y轴三线共点,BM、CF、y轴三线共点; A、O、C三点共线,B、O、D三点共线; 若| AF |:| BF |m:n,点A在第一象限,q为直线AB的倾斜角. 则cos q ; 以AF为直径的圆与y轴相切,以BF为直径的圆与y轴相切;以AB为直径的圆与准线相切.

3、 MN交抛物线于点Q,则,Q是MN的中点. y1y2p2; x1x2; | AB |x1x2p (q为AB的倾斜角);SOAB,S梯形ABCD.【证明】设过焦点F(,0)的AB的直线方程为xmy,代入抛物线方程y22px得 y22pmyp20,因此CDB(x2,y2)RA(x1,y1)xyOF( ,0)q图1 y1y2p2,y1y22pm.另由得在RtCFD中,FRCD,有| RF |2| DR | RC |,而| DR | y1 |,| RC | y2 |,| RF |p,且y1 y20y1y2p2. 又点A、B在抛物线上,有x1,x2,因此x1x2. ,在直线AB方程xmy中令x0,得y3

4、,代入上式得【证法一】根据抛物线的定义,| AF | AD |x1,| BF | BC |x2, | AB | AF | BF |x1x2p又| AB | y2y1 | 2p(1m2)当m0时,m,有1m21(k为直线AB的斜率)CDB(x2,y2)RA(x1,y1)xyOqA1B1F图2当m0时,q90,1m21也满足1m2| AB |2p(1m2) .【证法二】如图2,过A、B引x轴的垂线AA1、BB1,垂足为A1、B1,那么| RF | AD | FA1 | AF | AF |cosq,| AF |同理,| BF | AB | AF | BF | .【证法三】极坐标法,设抛物线的极坐标方

5、程为r,则| AF |r1 ,| BF |r2 .| AB | AF | BF | .SOABSOAFSOBF| OF | y1 | OF | y1 |(| y1 | y1 |)y1y2p2,则y1、y2异号,因此,| y1 | y1 | y1y2 |SOAB| y1y2 | .又| CD | AB |sinq ,| AD | BC | AB |.S梯形ABCD(| AD | BC |)| CD |.【例1】(2001年新课程高考文)设坐标原点为O,抛物线y22x与过焦点的直线交于A、B两点,则( )A. B. C. 3D. 3【解】设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1x2y1y2p2

6、,故选B.【例2】(2009年福建理)过抛物线y22px(p0)的焦点F作倾斜角为45的直线交抛物线于A、B两点,若线段AB的长为8,则p .【解】由性质得| AB |8,p4. 【证法一】由x1x2,且| AF |x1,| BF |x2. 【证法二】由| AF |r1 ,| BF |r2 . 【例3】(2000全国)过抛物线yax2(a0)的焦点F用一直线交抛物线于P、Q两点,若线段PF与FQ的长分别是p、q,则等于( )A. 2a B. C.4a D. 【解】由yax2得x2 y,(抛物线焦点到准线的距离为),由此得4a,故选C.CDB(x2,y2)RA(x1,y1)xyOFENM图3 A

7、MBDFCRt,先证明:AMBRt【证法一】延长AM交BC的延长线于E,如图3,则ADMECM,| AM | EM |,| EC | AD | BE | BC | CE | BC | AD | | BF | AF | AB |ABE为等腰三角形,又M是AE的中点,BMAE,即AMBRt【证法二】取AB的中点N,连结MN,则| MN |(| AD | BC |)(| AF | BF |)| AB |,| MN | AN | BN |ABM为直角三角形,AB为斜边,故AMBRt.【证法三】由已知得C(,y2)、D(,y1),由此得M(,).kAM,同理kBMkAMkBM1BMAE,即AMBRt.【

8、证法四】由已知得C(,y2)、D(,y1),由此得M(,).CDBRAxyOF图41234M(x1,),(x3,)(x1)(x2)x1x2(x1x2)()0,故AMBRt.【证法五】由下面证得DFC90,连结FM,则FMDM.又ADAF,故ADMAFM,如图412,同理34图5CDB(x2,y2)RA(x1,y1)xyOF( ,0)aaabbb2318090AMBRt.接着证明:DFCRt【证法一】如图5,由于| AD | AF |,ADRF,故可设AFDADFDFRa,同理,设BFCBCFCFRb,而AFDDFRBFCCFR1802(ab)180,即ab90,故DFC90CDB(x2,y2)

9、RA(x1,y1)xyOFM图6GHD1【证法二】取CD的中点M,即M(,)由前知kAM,kCFkAMkCF,AMCF,同理,BMDFDFCAMB90.【证法三】(p,y1),(p,y2),p2y1y20,故DFC90.【证法四】由于| RF |2p2y1y2| DR | RC |,即,且DRFFRC90 DRFFRCDFRRCF,而RCFRFC90DFRRFC90N1NMxyOF图7M1lDFC90【例4】(2009年湖北文)如图7,过抛物线y22px(P0)的焦点F的直线与抛物线相交于M、N两点,自M、N向准线l作垂线,垂足分别为M1、N1,求证:FM1FN1CDB(x2,y2)RA(x1

10、,y1)xyOFM图8D1 AM、BM是抛物线的切线【证法一】kAM,AM的直线方程为yy1(x)与抛物线方程y22px联立消去x得yy1(),整理得y22y1y0可见(2y1)240,故直线AM与抛物线y22px相切,同理BM也是抛物线的切线,如图8.【证法二】由抛物线方程y22px,两边对x求导,得2y2p,故抛物线y22px在点A(x1,y1)处的切线的斜率为k切| yy1.又kAM,k切kAM,即AM是抛物线在点A处的切线,同理BM也是抛物线的切线.【证法三】过点A(x1,y1)的切线方程为y1yp(xx1),把M(,)代入左边y1px1,右边p(x1)px1,左边右边,可见,过点A的

11、切线经过点M,即AM是抛物线的切线,同理BM也是抛物线的切线.CDB(x2,y2)RA(x1,y1)xyOFENM图9 AM、BM分别是DAB和CBA的平分线【证法一】延长AM交BC的延长线于E,如图9,则ADMECM,有ADBC,ABBE,DAMAEBBAM,即AM平分DAB,同理BM平分CBA.【证法二】由图9可知只须证明直线AB的倾斜角a是直线AM的倾斜角b的2倍即可,即a2b. 且M(,)tanakAB.tanbkAM.tan 2btanaa2b,即AM平分DAB,同理BM平分CBA. AM、DF、y轴三线共点,BM、CF、y轴三线共点【证法一】如图10,设AM与DF相交于点G1,由以

12、上证明知| AD | AF |,AM平分DAF,故AG1也是DF边上的中线,G1是DF的中点.CDB(x2,y2)RA(x1,y1)xyOFM图10GHD1设AD与y轴交于点D1,DF与y轴相交于点G2,易知,| DD1 | OF |,DD1OF,故DD1G2FOG2| DG2 | FG2 |,则G2也是DF的中点.G1与G2重合(设为点G),则AM、DF、y轴三线共点,同理BM、CF、y轴也三线共点.【证法二】AM的直线方程为yy1(x),令x0得AM与y轴交于点G1(0,),又DF的直线方程为y(x),令x0得DF与y轴交于点G2(0,)AM、DF与y轴的相交同一点G(0,),则AM、DF、y轴三线共点,同理BM、CF、y轴也三线共点H由以上证明还可以得四边形MHFG是矩

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