抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(1)

上两篇文章已对椭圆及双曲线性质进行了汇总,本文对高考考点中涉及的抛物线的部分性质进行汇总。

注:以下仅讨论焦点在x轴上且开口向右的抛物线性质。

抛物线定义

平面内到定点F(p/2,0)的距离和到定直线l:x=-p/2的距离之比为常数e=1的点的轨迹是抛物线。其中定点F(p/2,0)为抛物线的焦点,定直线l:x=-p/2为抛物线的准线。

此为课本上的标准定义,不再详述。

上述定义即可作为判定定理也可作为性质定理。

抛物线方程

1.抛物线标准方程

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(2)

其中p>0,几何意义为焦准距,下同。不再详述。

2.抛物线参数方程

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(3)

其中t为参数,显然t=x/y,故参数t的几何意义为抛物线上任意点(除顶点外)与原点连线的斜率的倒数

切线

1.抛物线切线定理

抛物线上任意点P,其在准线上的射影为M,抛物线焦点为F,则过P点的切线平分∠MPF。

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(4)

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(5)

此定理揭示了抛物线的一条光学性质,该性质在高中数学课本上也有提及,即从抛物线的一个焦点发出的光线,经抛物线反射后变成平行光。

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(6)

2.抛物线切线方程

过抛物线上一点P(x0,y0)的的切线方程为:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(7)

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(8)

上述两个证明过程都用到了隐函数求导,高中范围不涉及该知识点,有兴趣的同学可以尝试用二次函数判别式推导。

3.抛物线切点弦方程

过抛物线外一点P(x0,y0),做抛物线上的两条切线,切点为A,B,则过A,B的切点弦方程为:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(9)

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(10)

4.切点弦性质

性质1:准线上的点形成的切点弦过焦点。

证:设P在准线上,故P点坐标为(-p/2,y0),

将P点坐标代入切点弦方程,即:y0y=p(x-p/2)

显然此方程过点F(p/2,0)。

性质2:做抛物线外一点的切点弦,如果过焦点,则此点必在准线上。

证:设P(x0,y0),则P点对应的切点弦方程为:y0y=p(x x0),

将焦点F(p/2,0)代入切点弦方程,即:0=p(p/2 x0),

则x0=-p/2,即P点在准线上。

焦半径及焦点弦

1.焦半径长

焦半径长公式1:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(11)

通过准线性质容易得到。

焦半径长公式2:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(12)

其中α为焦半径与x轴正半轴夹角。

当A点位于x轴以上(含x轴,此时A点为顶点,可认为此时焦半径与x轴正半轴夹角为180°)时,分母取负,当A点位于x轴以下时,分母取正。

推导如下:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(13)

设抛物线焦点为F,过F的直线交抛物线于A(x1,y1),B(x2,y2),取AB中点C(x3,y3)。过A做x轴垂线,垂足为D。A、B、C、D在准线上的射影分别为A'、B'、C'、D'。设AB与x轴夹角为α。(以下诸性质均以上图进行证明)

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(14)

2.焦半径关系

由焦半径公式2,容易得到:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(15)

3.焦点弦性质

性质1:以焦点弦为直径的圆与准线相切。

即:以AB为直径的圆与A'B'相切

证:设以AB为直径的圆半径为r,显然圆心为C。

CC'为梯形AA'B'B的中位线,故圆心C到准线距离:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(16)

故以AB为直径的圆与准线相切。

显然,∠AC'B=90°。

性质2:以焦点弦在准线上的射影为直径的圆与焦点弦相切。

即:以A'B'为直径的圆与AB相切

证:∵AA'=AF,∴ ∠AA'F=∠AFA'

∵AA'∥FD',∴∠AA'F=∠A'FD'

同理:∠BFB'=∠B'FD

∴∠A'FB'=90°,∴C'F=A'B'/2=A'C'

又∵AC'=AC',∴△AA'C'≌ △AFC,∴C'F⊥AB,

∴以A'B为直径的圆与AB相切。

显然且已证明:∠A'FB'=90°,C'F=A'B'/2, C'F⊥AB。

4.焦点弦长

焦点弦长公式1:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(17)

由焦半径公式1可推得。

焦点弦长公式2:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(18)

由焦半径公式2可得

特别的:当α=90°时,上式结果即为通径长:2p。且依据正弦函数性质可知,抛物线通径是最短的焦点弦

焦点弦长公式3:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(19)

其中k为通径所在直线斜率。

特别的:当k趋于无穷大时,上式结果即为通径长:2p。

5.焦点弦三角形

焦点弦与顶点构成的三角形面积公式:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(20)

推导如下:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(21)

特别的:当α=90°时,上式结果即为通径与顶点形成的三角形面积:p²/2。且依据正弦函数性质可知,通径三角形是面积最小的焦点弦三角形

其他

1.判别式

直线方程y=kx m与抛物线方程联立后的,关于x的二次方程的判别式:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(22)

2.一般弦长公式

抛物线一般弦长公式:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(23)

显然,当m=-kp/2,即直线过焦点时,公式退化为焦点弦公式3。

3.焦点弦中的韦达定理

过焦点的直线方程与抛物线方程联立后,两交点(如果存在的话):A(x1,y1),B(x2,y2)满足如下关系:

抛物线的简单几何性质的应用(抛物线性质汇总)(24)

上述公式推导过程从略

文|高见远,转载请注明出处。

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