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一道抛物线试题的解答与推广

时间:2024-06-01 15:30:01 来源:网友投稿

卢恩良

江西省九江市第三中学 (332000)

已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,直线y=x-2与抛物线C交于A,B两点.

(1)求△FAB的面积;

(2)过抛物线C上一点P作圆M:(x-3)2+y2=4的两条斜率都存在的切线分别与抛物线C交于异于点P的两点D,E.证明:直线DE与圆M相切.

本题是典型的抛物线多动点问题,结合直线与圆的位置关系进行考查,对学生逻辑推理能力和数学运算能力有较高的要求.直线与圆锥曲线综合问题,常规方法是联立直线与曲线方程,根据根与系数关系,将几何条件代数化进行求解,但往往求解复杂,运算繁琐.

因抛物线方程的特点,对于抛物线多动点问题,我们常采用设点法,利用抛物线的两点弦方程简化计算.本文主要对试题第(2)问进行解答.

思路分析:虽然P,D,E三点都在抛物线上运动,但点D和E的运动都是由点P引起的.因此,只要确定好了点P,点D和E相应也会确定,切线PD和PE也能确定下来.如此看来,我们应该想办法借助于点P来表示直线DE方程,然后计算圆心M(3,0)到直线DE的距离等于半径即可证得此题.

抛物线上两点弦方程:已知抛物线y2=2px(p>0)上不同两点A(x1,y1),B(x2,y2),则直线AB方程为2px-(y1+y2)y+y1y2=0.

一般地,我们称此方程为抛物线上两点弦方程,证明过程略.

特别地,当A,B两点重合时,此时抛物线上两点弦方程变为抛物线的切线方程.

评析:试题要证明直线DE与圆M相切,因此我们关键在于写出直线DE的方程.因为点P,D,E三个点均在抛物线上运动,于是联想到抛物线上两点弦方程,然后根据直线与圆相切建立代数关系.在解答过程中,由PD方程得到PE方程体现了数学中的类比代换思想,直线DE方程的得到更是借助于同构式的特点,值得学习与借鉴.

通过对试题的解答,我们知道抛物线y2=4x上三个不同点构成的三角形,如果其中两条边与圆M相切,则第三条边也与圆M相切.这个性质仅针对圆M成立吗?还有没有其他符合该性质的圆?对于一般的抛物线y2=2px(p>0)是否也存在这样的圆?带着这样的疑问,笔者展开了研究,并得到了以下两个结论.

结论1 设抛物线C:y2=2px(p>0),圆M:(x-4p)2+y2=4p2.点A1,A2,A3是C上的三个不同点,若直线A1A2,A1A3与圆M相切,则直线A2A3与圆M相切.

由结论1,我们可以尝试对原试题进行改编.

改编试题1 过抛物线C:y2=4x上一点P作圆M:(x-8)2+y2=16的两条斜率都存在的切线分别与抛物线交于异于点P的两点D,E.请判断直线DE与圆M的位置关系,并说明理由.

由结论2,我们可以得到改编试题2.

改编试题2 已知抛物线C:y2=4x,圆M:(x-t)2+y2=1(t>0).过抛物线上一动点P作两条斜率都存在的切线分别与抛物线交于异于点P的两点D,E.是否存在实数t,使得直线DE与圆M相切?如果存在,请求出t的值;
如果不存在,请说明理由.

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