《2020版高中數(shù)學(xué) 第二章 圓錐曲線與方程 2.2 拋物線的簡(jiǎn)單性質(zhì)(第2課時(shí))拋物線簡(jiǎn)單性質(zhì)的應(yīng)用學(xué)案(含解析)北師大版選修1 -1.docx》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020版高中數(shù)學(xué) 第二章 圓錐曲線與方程 2.2 拋物線的簡(jiǎn)單性質(zhì)(第2課時(shí))拋物線簡(jiǎn)單性質(zhì)的應(yīng)用學(xué)案(含解析)北師大版選修1 -1.docx(15頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第2課時(shí) 拋物線簡(jiǎn)單性質(zhì)的應(yīng)用
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.進(jìn)一步認(rèn)識(shí)拋物線的幾何特性.2.學(xué)會(huì)解決直線與拋物線相關(guān)的綜合問題.
知識(shí)點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
1.直線與拋物線的位置關(guān)系與公共點(diǎn)個(gè)數(shù)
位置關(guān)系
公共點(diǎn)個(gè)數(shù)
相交
有兩個(gè)或一個(gè)公共點(diǎn)
相切
有且只有一個(gè)公共點(diǎn)
相離
無公共點(diǎn)
2.直線y=kx+b與拋物線y2=2px(p>0)的交點(diǎn)個(gè)數(shù)決定于關(guān)于x的方程k2x2+2(kb-p)x+b2=0的解的個(gè)數(shù).當(dāng)k≠0時(shí),若Δ>0,則直線與拋物線有兩個(gè)不同的公共點(diǎn);當(dāng)Δ=0時(shí),直線與拋物線有一個(gè)公共點(diǎn);當(dāng)Δ<0時(shí),直線與拋物線沒有公共點(diǎn).當(dāng)k=0時(shí),直線與拋物線的對(duì)稱軸平行或重合,此時(shí)直線與拋物線有一個(gè)公共點(diǎn).
1.若直線與拋物線有且只有一個(gè)公共點(diǎn),則直線與拋物線必相切.( )
2.直線與拋物線相交弦的弦長公式是|AB|=|x1-x2|=x1+x2+p.( )
3.過拋物線的焦點(diǎn)與拋物線對(duì)稱軸垂直的直線被拋物線截得的線段叫作拋物線的通徑,那么拋物線x2=-2ay(a>0)的通徑長為2a.( √ )
題型一 直線與拋物線的位置關(guān)系
例1 已知直線l:y=k(x+1)與拋物線C:y2=4x,問:k為何值時(shí),直線l與拋物線C有兩個(gè)交點(diǎn),一個(gè)交點(diǎn),無交點(diǎn)?
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線公共點(diǎn)的個(gè)數(shù)
解 由方程組
消去y得k2x2+(2k2-4)x+k2=0,
Δ=(2k2-4)2-4k4=16(1-k2).
(1)若直線與拋物線有兩個(gè)交點(diǎn),
則k2≠0且Δ>0,
即k2≠0且16(1-k2)>0,
解得k∈(-1,0)∪(0,1).
所以當(dāng)k∈(-1,0)∪(0,1)時(shí),
直線l和拋物線C有兩個(gè)交點(diǎn).
(2)若直線與拋物線有一個(gè)交點(diǎn),
則k2=0或當(dāng)k2≠0時(shí),Δ=0,
解得k=0或k=1.
所以當(dāng)k=0或k=1時(shí),直線l和拋物線C有一個(gè)交點(diǎn).
(3)若直線與拋物線無交點(diǎn),
則k2≠0且Δ<0.
解得k>1或k<-1.
所以當(dāng)k>1或k<-1時(shí),
直線l和拋物線C無交點(diǎn).
反思感悟 直線與拋物線交點(diǎn)的個(gè)數(shù),等價(jià)于直線方程與拋物線方程聯(lián)立得到的方程組解的個(gè)數(shù).注意直線斜率不存在和得到的方程二次項(xiàng)系數(shù)為0的情況.
跟蹤訓(xùn)練1 設(shè)拋物線y2=8x的準(zhǔn)線與x軸交于點(diǎn)Q,若過點(diǎn)Q的直線l與拋物線有公共點(diǎn),則直線l斜率的取值范圍是( )
A. B.[-2,2]
C.[-1,1] D.[-4,4]
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線公共點(diǎn)的個(gè)數(shù)
答案 C
解析 準(zhǔn)線方程為x=-2,Q(-2,0).
設(shè)l:y=k(x+2),
由
得k2x2+4(k2-2)x+4k2=0.
當(dāng)k=0時(shí),x=0,即交點(diǎn)為(0,0);
當(dāng)k≠0時(shí),由Δ≥0,得-1≤k<0或0
0.①
設(shè)弦的兩端點(diǎn)P1(x1,y1),P2(x2,y2),
∴y1+y2=,y1y2=.
∵P1P2的中點(diǎn)為(4,1),
∴=2,∴k=3,適合①式.
∴所求直線方程為y-1=3(x-4),
即3x-y-11=0,
∴y1+y2=2,y1y2=-22,
∴|P1P2|=
==.
方法二 設(shè)P1(x1,y1),P2(x2,y2).
則y=6x1,y=6x2,
∴y-y=6(x1-x2),又y1+y2=2,
∴==3,
∴所求直線的斜率k=3,
故所求直線方程為y-1=3(x-4),
即3x-y-11=0.
由得y2-2y-22=0,
∴y1+y2=2,y1y2=-22,
∴|P1P2|=
==.
反思感悟 中點(diǎn)弦問題解題策略兩方法
跟蹤訓(xùn)練2 已知頂點(diǎn)在原點(diǎn),焦點(diǎn)在x軸上的拋物線截直線y=2x-4所得的弦長|AB|=3,求此拋物線的方程.
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 由拋物線弦長求解相關(guān)問題
解 設(shè)所求拋物線方程為y2=ax(a≠0),A(x1,y1),B(x2,y2),
由消去y,得4x2-(a+16)x+16=0,
由Δ=(a+16)2-256>0,得a>0或a<-32.
又∵x1+x2=,x1x2=4,
∴|AB|==3,
即5=45,
∴a=4或a=-36,滿足Δ>0.
∴所求拋物線方程為y2=4x或y2=-36x.
題型三 拋物線中的定點(diǎn)(定值)問題
例3 已知點(diǎn)A,B是拋物線y2=2px(p>0)上的兩點(diǎn),且OA⊥OB.
(1)求兩點(diǎn)的橫坐標(biāo)之積和縱坐標(biāo)之積;
(2)求證:直線AB過定點(diǎn).
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線相交時(shí)的其他問題
(1)解 設(shè)點(diǎn)A,B的坐標(biāo)分別為(x1,y1),(x2,y2),
則kOA=,kOB=.
因?yàn)镺A⊥OB,所以kOAkOB=-1,
所以x1x2+y1y2=0.
因?yàn)閥=2px1,y=2px2,
所以+y1y2=0.
因?yàn)閥1≠0,y2≠0,
所以y1y2=-4p2,
所以x1x2=4p2.
(2)證明 因?yàn)閥=2px1,y=2px2,
所以(y1-y2)(y1+y2)=2p(x1-x2),
所以=,
所以kAB=,
故直線AB的方程為y-y1=(x-x1),
所以y=+y1-,
即y=+.
因?yàn)閥=2px1,y1y2=-4p2,
所以y=+,
所以y=(x-2p),
即直線AB過定點(diǎn)(2p,0).
反思感悟 在直線和拋物線的綜合題中,經(jīng)常遇到求定值、過定點(diǎn)問題,解決這類問題的方法很多,如斜率法、方程法、向量法、參數(shù)法等,解決這類問題的關(guān)鍵是代換和轉(zhuǎn)化.
跟蹤訓(xùn)練3 如圖,過拋物線y2=x上一點(diǎn)A(4,2)作傾斜角互補(bǔ)的兩條直線AB,AC交拋物線于B,C兩點(diǎn),求證:直線BC的斜率是定值.
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線相交時(shí)的其他問題
證明 設(shè)kAB=k(k≠0).
∵直線AB,AC的傾斜角互補(bǔ),
∴kAC=-k(k≠0),
即直線AB的方程是y=k(x-4)+2.
由方程組
消去y后,整理得k2x2+(-8k2+4k)x+16k2-16k+4=0.
∵A(4,2),B(xB,yB)是上述方程組的解,
∴4xB=,
即xB=.
以-k代換xB中的k,得xC=.
∴kBC==
===-.
∴直線BC的斜率為定值.
1.過點(diǎn)P(0,1)與拋物線y2=x有且只有一個(gè)交點(diǎn)的直線有( )
A.4條 B.3條
C.2條 D.1條
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線公共點(diǎn)的個(gè)數(shù)問題
答案 B
解析 當(dāng)斜率不存在時(shí),過P(0,1)的直線是y軸,與拋物線y2=x只有一個(gè)公共點(diǎn).
當(dāng)斜率存在時(shí),設(shè)直線為y=kx+1.
由
得k2x2+(2k-1)x+1=0,
當(dāng)k=0時(shí),符合題意;
當(dāng)k≠0時(shí),令Δ=(2k-1)2-4k2=0,
得k=.
∴與拋物線只有一個(gè)交點(diǎn)的直線共有3條.
2.若拋物線y2=2x上有兩點(diǎn)A,B,且AB垂直于x軸,若|AB|=2,則拋物線的焦點(diǎn)到直線AB的距離為( )
A.B.C.D.
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 由拋物線的弦長求解相關(guān)問題
答案 A
解析 線段AB所在的直線的方程為x=1,拋物線的焦點(diǎn)坐標(biāo)為,則焦點(diǎn)到直線AB的距離為1-=.
3.直線y=x+b交拋物線y=x2于A,B兩點(diǎn),O為拋物線頂點(diǎn),OA⊥OB,則b的值為( )
A.-1B.0C.1D.2
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 D
解析 設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
將y=x+b代入y=x2,
化簡(jiǎn)可得x2-2x-2b=0,故x1+x2=2,x1x2=-2b,
所以y1y2=x1x2+b(x1+x2)+b2=b2.
又OA⊥OB,所以x1x2+y1y2=0,
即-2b+b2=0,則b=2或b=0,
經(jīng)檢驗(yàn)當(dāng)b=0時(shí),不符合題意,故b=2.
4.過M(2,0)作斜率為1的直線l交拋物線y2=4x于A,B兩點(diǎn),則|AB|=________.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 4
解析 設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
由題意知l的方程為y=x-2,與y2=4x聯(lián)立得,
x2-8x+4=0,則x1+x2=8,x1x2=4,
所以|AB|=|x2-x1|==4.
5.設(shè)O為坐標(biāo)原點(diǎn),F(xiàn)為拋物線y2=4x的焦點(diǎn),A為拋物線上任意一點(diǎn),若=-4,求點(diǎn)A的坐標(biāo).
考點(diǎn) 拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程
題點(diǎn) 拋物線方程的應(yīng)用
解 由題意知F(1,0),設(shè)A,則=,
=,由=-4,可得y0=2,
所以A(1,2).
求拋物線的方程常用待定系數(shù)法和定義法:直線和拋物線的弦長問題、中點(diǎn)弦問題及垂直、對(duì)稱等可利用判別式、根與系數(shù)的關(guān)系解決;拋物線的綜合問題要深刻分析條件和結(jié)論,靈活選擇解題策略,對(duì)題目進(jìn)行轉(zhuǎn)化.
一、選擇題
1.過拋物線y=2x2的焦點(diǎn)且垂直于它的對(duì)稱軸的直線被拋物線截得的弦長為( )
A.2B.C.D.1
考點(diǎn) 拋物線的焦點(diǎn)弦問題
題點(diǎn) 求拋物線的焦點(diǎn)弦長
答案 B
解析 拋物線y=2x2的標(biāo)準(zhǔn)方程為x2=y(tǒng),焦點(diǎn)坐標(biāo)為,當(dāng)y=時(shí),x=,
∴過拋物線y=2x2的焦點(diǎn)且垂直于它的對(duì)稱軸的直線被拋物線截得的弦長為.
2.與直線2x-y+4=0平行的拋物線y=x2的切線方程為( )
A.2x-y+3=0 B.2x-y-3=0
C.2x-y+1=0 D.2x-y-1=0
考點(diǎn) 直線與拋物線位置關(guān)系
題點(diǎn) 求拋物線中的直線方程
答案 D
解析 設(shè)直線方程為2x-y+m=0,
由得x2-2x-m=0,
Δ=4+4m=0,∴m=-1,
∴直線方程為2x-y-1=0.
3.直線y=kx-2交拋物線y2=8x于A,B兩點(diǎn),若AB中點(diǎn)的橫坐標(biāo)為2,則k等于( )
A.2或-1 B.-1
C.2 D.3
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 弦中點(diǎn)問題
答案 C
解析 聯(lián)立消去y
得k2x2-(4k+8)x+4=0,Δ=[-(4k+8)]2-16k2>0.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則=2,
即x1+x2=4,∴x1+x2==4,
∴k=2或-1,
經(jīng)判別式檢驗(yàn)知k=2符合題意.
4.已知直線y=kx-k及拋物線y2=2px(p>0),則( )
A.直線與拋物線有一個(gè)公共點(diǎn)
B.直線與拋物線有兩個(gè)公共點(diǎn)
C.直線與拋物線有一個(gè)或兩個(gè)公共點(diǎn)
D.直線與拋物線可能沒有公共點(diǎn)
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線公共點(diǎn)個(gè)數(shù)問題
答案 C
解析 ∵直線y=kx-k=k(x-1),
∴直線過點(diǎn)(1,0),
又點(diǎn)(1,0)在拋物線y2=2px的內(nèi)部,
∴當(dāng)k=0時(shí),直線與拋物線有一個(gè)公共點(diǎn);當(dāng)k≠0時(shí),直線與拋物線有兩個(gè)公共點(diǎn).
5.經(jīng)過點(diǎn)P(-2,1)且斜率為k的直線l與拋物線y2=4x只有一個(gè)公共點(diǎn),則k的取值范圍為( )
A.{0,-1} B.
C. D.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 D
解析 經(jīng)過點(diǎn)P(-2,1)且斜率為k的直線l的方程可設(shè)為y=k(x+2)+1,代入拋物線方程y2=4x,
整理可得k2x2+(4k2+2k-4)x+4k2+4k+1=0,(*)
直線與拋物線只有一個(gè)公共點(diǎn)等價(jià)于方程(*)只有一個(gè)根.
當(dāng)k=0時(shí),y=1符合題意;
當(dāng)k≠0時(shí),Δ=(4k2+2k-4)2-4k2(4k2+4k+1)=0,
整理得2k2+k-1=0,解得k=或k=-1.
綜上可得,k=或k=-1或k=0時(shí),直線l與拋物線只有一個(gè)公共點(diǎn),
故k∈.
6.過點(diǎn)(1,0)作斜率為-2的直線,與拋物線y2=8x交于A,B兩點(diǎn),則弦AB的長為( )
A.2B.2C.2D.2
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 弦長問題
答案 B
解析 由直線方程為y=-2(x-1),
聯(lián)立方程
得y2+4y-8=0.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
y1+y2=-4,y1y2=-8,
∴|AB|==2.
7.已知拋物線y2=2px(p>0),過其焦點(diǎn)且斜率為1的直線交拋物線于A,B兩點(diǎn),若線段AB的中點(diǎn)的縱坐標(biāo)為2,則該拋物線的準(zhǔn)線方程為( )
A.x=1 B.x=-1
C.x=2 D.x=-2
答案 B
解析 拋物線的焦點(diǎn)為F,所以過焦點(diǎn)且斜率為1的直線方程為y=x-,即x=y(tǒng)+,代入y2=2px得y2=2py+p2,即y2-2py-p2=0,由根與系數(shù)的關(guān)系得=p=2(y1,y2分別為點(diǎn)A,B的縱坐標(biāo)),所以拋物線方程為y2=4x,準(zhǔn)線方程為x=-1.
8.已知直線l:y=k(x+2)(k>0)與拋物線C:y2=8x相交于A,B兩點(diǎn),且A,B兩點(diǎn)在拋物線C準(zhǔn)線上的射影分別是M,N,若|AM|=2|BN|,則k的值是( )
A.B.C.2D.
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 綜合應(yīng)用
答案 D
解析 設(shè)拋物線C:y2=8x的準(zhǔn)線為m:x=-2.
直線y=k(x+2)(k>0)恒過定點(diǎn)P(-2,0),
如圖,
過A,B分別作AM⊥m于M,BN⊥m于N.
由|AM|=2|BN|,
得點(diǎn)B為AP的中點(diǎn),連接OB,
則|OB|=|AF|,
∴|OB|=|BF|,∴點(diǎn)B的橫坐標(biāo)為1,
∴點(diǎn)B的坐標(biāo)為(1,2).
把B(1,2)代入直線l:y=k(x+2)(k>0),
解得k=,故選D.
二、填空題
9.直線y=kx+2與拋物線y2=8x有且只有一個(gè)公共點(diǎn),則k=________.
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 綜合應(yīng)用
答案 0或1
解析 由得k2x2+(4k-8)x+4=0,
當(dāng)k=0時(shí),直線與拋物線只有一個(gè)公共點(diǎn);
當(dāng)k≠0時(shí),由Δ=(4k-8)2-16k2=0,得k=1,
∴k=0或1.
10.拋物線焦點(diǎn)在y軸上,截得直線y=x+1的弦長為5,則拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程為________________.
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 弦長問題
答案 x2=-20y或x2=4y
解析 設(shè)拋物線方程為x2=ay(a≠0),
由得x2-x-a=0.
設(shè)直線與拋物線的交點(diǎn)為A(x1,y1),B(x2,y2),
則x1+x2=,x1x2=-a,
|AB|=
==5,
得a=-20或4,經(jīng)檢驗(yàn),a=-20或4都符合題意.
∴拋物線方程為x2=-20y或x2=4y.
11.如圖,直線y=x-3與拋物線y2=4x交于A,B兩點(diǎn),過A,B兩點(diǎn)向拋物線的準(zhǔn)線作垂線,垂足分別為P,Q,則梯形APQB的面積為______.
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線相交時(shí)的其他問題
答案 48
解析 由消去y,得x2-10x+9=0,
設(shè)B,A兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x1,y1),(x2,y2),
解得或
∴|AP|=10,|BQ|=2,|PQ|=8,
∴梯形APQB的面積為48.
三、解答題
12.已知拋物線y2=-x與直線y=k(x+1)相交于A,B兩點(diǎn).
(1)求證:OA⊥OB;
(2)當(dāng)△OAB的面積等于時(shí),求k的值.
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線的綜合應(yīng)用
(1)證明 如圖所示,
由
消去x得,ky2+y-k=0.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
由根與系數(shù)的關(guān)系,得
y1y2=-1,y1+y2=-.
因?yàn)锳,B在拋物線y2=-x上,
所以y=-x1,y=-x2,
所以yy=x1x2.
因?yàn)閗OAkOB=
===-1,
所以O(shè)A⊥OB.
(2)解 設(shè)直線與x軸交于點(diǎn)N,顯然k≠0,
令y=0,得x=-1,即N(-1,0).
因?yàn)镾△OAB=S△OAN+S△OBN
=|ON||y1|+|ON||y2|
=|ON||y1-y2|,
所以S△OAB=1
=.
因?yàn)镾△OAB=,
所以=,
解得k=.
13.已知拋物線C:y2=2px(p>0)上的一點(diǎn)M(2,y0)到焦點(diǎn)F的距離等于3.
(1)求拋物線C的方程;
(2)若過點(diǎn)D(3,0)的直線l與拋物線C相交于A,B兩點(diǎn),求△ABF面積的最小值.
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線相交時(shí)的其他問題
解 (1)拋物線的準(zhǔn)線方程為x=-,
∴M(2,y0)到焦點(diǎn)的距離為2+=3,
∴p=2,∴拋物線的方程為y2=4x.
(2)設(shè)AB的方程為x=my+3,由
得y2-4my-12=0,設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則y1+y2=4m,y1y2=-12,
∴|y1-y2|==,
∴S△ABF=|FD||y1|+|FD||y2|=|y1|+|y2|
=|y1-y2|=≥4,
∴當(dāng)m=0時(shí),S△ABF取得最小值4.
14.如圖,過拋物線x2=4y焦點(diǎn)的直線依次交拋物線和圓x2+(y-1)2=1于點(diǎn)A,B,C,D,則|AB||CD|的值是( )
A.8 B.4
C.2 D.1
考點(diǎn) 拋物線的定義
題點(diǎn) 由拋物線定義求距離
答案 D
解析 方法一 特殊化(只要考查直線y=1時(shí)的情形).
方法二 拋物線焦點(diǎn)為F(0,1),
由題意知,直線的斜率存在,
設(shè)直線為y=kx+1,
與x2=4y聯(lián)立得y2-(4k2+2)y+1=0,
由于|AB|=|AF|-1=y(tǒng)A,|CD|=|DF|-1=y(tǒng)D,
所以|AB||CD|=y(tǒng)AyD=1.
15.在平面直角坐標(biāo)系xOy中,直線l與拋物線y2=4x相交于不同的A,B兩點(diǎn).
(1)如果直線l過拋物線的焦點(diǎn),求的值;
(2)如果=-4,證明直線l必過一定點(diǎn),并求出該定點(diǎn).
考點(diǎn) 直線與拋物線的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與拋物線相交時(shí)的其他問題
解 (1)由題意知,拋物線的焦點(diǎn)為(1,0),
設(shè)l:x=ty+1,代入拋物線方程y2=4x,
消去x,得y2-4ty-4=0.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則y1+y2=4t,y1y2=-4.
所以=x1x2+y1y2
=(ty1+1)(ty2+1)+y1y2
=t2y1y2+t(y1+y2)+1+y1y2
=-4t2+4t2+1-4=-3.
(2)設(shè)l:x=ty+b,代入拋物線y2=4x,
消去x,得y2-4ty-4b=0.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則y1+y2=4t,y1y2=-4b.
因?yàn)椋絰1x2+y1y2=(ty1+b)(ty2+b)+y1y2
=t2y1y2+bt(y1+y2)+b2+y1y2
=-4bt2+4bt2+b2-4b=b2-4b,
又=-4,∴b2-4b=-4,
解得b=2,故直線l過定點(diǎn)(2,0).
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