羅文軍
設直線l經過拋物線的焦點F,且與拋物線C交于A、B兩點(直線AB的傾斜角為a),設A(x1,y1),B(x2,y2),0為坐標原點,準線方程為:x=,則關于拋物線C的焦點弦有以下九條常用的性質:
(8)以AB為直徑的圓與準線相切:
(9)以AF、BF為直徑的圓都與y軸相切。
以下運用上面焦點弦的性質來破解一些比較經典的焦點弦問題。
例1(2018年高考全國II卷理科第19題)設拋物線C:y2=4x的焦點為F,過F且斜率為k(k>0)的直線l與拋物線C交于A、B兩點,且|AB|=8。
(1)求直線l的方程:
(2)求過點A、B且與拋物線C的準線相切的圓的方程。
解析:(1)解法1:由題意得點F的坐標為(1,0),直線l的方程為y=k(x-1)(k>0)。
設AB的中點的坐標為(x0,y0),由中點坐標公式可得,。
所以y0=x0-1=2,直線AB的垂直平分線的方程為y=-x+5。
評注:第一問中的解法1將直線方程與拋物線方程聯(lián)立消元后,再運用了拋物線的焦點弦公式,最后解出k的值,得出直線的方程。解法2運用了弦長公式
這個公式只適用于拋物線y2=2px(p>0)的焦點弦問題。第二問要求圓的方程,首先要確定圓心坐標與半徑,線段AB為所求圓的弦,根據弦AB的垂直平分線經過圓心,再根據垂徑定理,直線與圓相交時,|AB|=,其中r為圓的半徑,d為圓心到直線的距離,解方程可得出圓心坐標和半徑長。
例2設F為拋物線C:y2=4x的焦點,過F且傾斜角為30°的直線交拋物線C于A、B兩點,O為坐標原點,則△AOB的面積為____。
解析:由題設可得,p=2,所以。
因此,△AOB的面積為4。
評注:本題屬于小題,可直接運用拋物線的焦點弦的性質,得出所求三角形的面積,思路簡單明了。
例3設拋物線C:y2=4x的焦點為F,直線l過F且與拋物線C交于A、B兩點,若|AF|=(3+2/2)|BF|,則直線l的方程為____。
解析:設直線AB的傾斜角為θ,由題意知p=2,F(1,0)
評注:本題運用了拋物線焦點弦的兩條性質,通過解方程最終得出直線的斜率,以及直線的方程。
例4(2018年全國II卷理科第16題)已知點M(-1,1)和拋物線C:y2=4x,過拋物線C的焦點且斜率為k的直線與拋物線C交于A,B兩點。若∠AMB=90°,則k=____。
解析:記拋物線的焦點為F,由題設可得F(1,0),kFM=
因為∠AMB=90°,則以AB為直徑的圓與準線相切于點M。
由拋物線的性質可知MF⊥AB,所以
評注:本題屬于小題,可直接運用拋物線性質的二級結論:以拋物線的焦點弦為直徑的圓與拋物線的準線相切,解法簡單明了,減少了運算量。
例5設拋物線C:y2=2px(p>0)的焦點為F,點E在拋物線C上,|EF|=4,若以EF為直徑的圓過點(O,/3),則拋物線C的方程為____。
解析:由拋物線的性質可得,以EF為直徑的圓與y軸相切,且切點坐標為(0,/3)。因為F(,0),可設E(x0,y0),|EF|=,所以x0=。
所以拋物線C的方程為
評注:本題的解答中先運用了拋物線的焦點弦性質,再通過解一元二次方程,最終得出拋物線的方程,減少了運算量。
例6已知F為拋物線的焦點,過F作兩條互相垂直的直線lr,l2,直線ly與拋物線C交于A,B兩點,直線l2與拋物線C交于D,E兩點,則以線段AB和線段DE為兩條對角線的四邊形的面積的最小值為____。
解析:設直線ly的傾斜角為a,則
所以,以線段AB和線段DE為兩條對角線的四邊形的面積為:
求四邊形的面積取得最小值32。
評注:本題設出直線的傾斜角,先運用了拋物線的焦點弦公式,再利用三角函數的知識解出所求四邊形的最小面積。
例7已知F為拋物線的焦點,E為其準線與x軸的交點,過F的直線交拋物線C于A,B兩點,M為線段AB的中點,且|ME|=,則|AB|=____。
解析:由題設可知E(-1,0),F(1,0),設A(x1,y1),B(x2,y2)。
則中點M的坐標為
設直線AB的斜率為k,則直線AB的方程為y=k(x-1)。
由焦點弦公式知|AB|=x1+x2+p=2+2+2=6。
評注:先設出兩個交點的坐標,運用中點坐標公式,再將直線方程和拋物線方程聯(lián)立,利用設而不求的思想,得出兩根之和,建立關于k的方程,解出k”,運用拋物線的焦點弦公式和整體代換的思想,最終得出拋物線的焦點弦長。