本题导读
本题考查标准方程与性质。核心在于待定系数法、同构方程法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2021年甲卷理)抛物线 的顶点为坐标原点 ,焦点在 轴上,直线 交 于 两点,且 .已知点 ,且 与 相切.
(1)求 的方程;
(2)设 是 上的三个点,直线 均与 相切.判断直线 与 的位置关系,并说明理由.
🔍【思路分析】
破题导航
第一问(求方程):
设出抛物线标准方程 。将 代入求出 的坐标,利用向量数量积 建立方程解出 。
已知圆心 ,且圆与直线 相切,则圆的半径即为圆心到直线的距离,进而写出圆的标准方程。
第二问(位置关系判断与证明):
特殊情况讨论:当 为原点时,单独计算验证。
设线与坐标化:利用抛物线 上的点坐标 的特征,写出过任意两点 的直线方程 。
相切条件的代数转化:将圆心 到直线 的距离等于半径 列出代数式,化简后得到一个关于 的一元二次方程。
同构方程与韦达定理:由于 也与 相切,同理会得到关于 的结构完全相同的方程。这说明 是某个一元二次方程的两个根。利用韦达定理写出 和 的表达式。
计算目标距离:写出直线 的方程,计算 到 的距离 ,将韦达定理的结论代入化简,若 ,则相切。
✅【答案】
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(1) 抛物线
(2) 直线 与 相切,理由见解析
✍【详细解析】
Abstract
(1)求 的方程
1. 求抛物线 的方程:
因为 与抛物线有两个不同的交点,且抛物线顶点在原点,焦点在 轴上,
故可设抛物线 的方程为 .
令 ,则 .
根据抛物线的对称性,不妨设 在 轴上方, 在 轴下方,
则 .
因为 ,所以向量数量积 :
故抛物线 的方程为:.
2. 求 的方程:
已知圆心为 ,直线 .
因为 与 相切,所以圆的半径 等于圆心 到直线 的距离:
故 的标准方程为:.
(2)判断直线 与 的位置关系
设 为抛物线 上的相异三点。
则 。
情况一:当 中某一点为坐标原点时(以 为例):
此时直线 经过原点,设其方程为 (即 )。
因为 与 相切,圆心 到直线的距离为 1:
不妨设直线 为 ,联立 得 ,交点 。
由对称性知,另一条切线 为 ,交点 。
此时直线 的方程为 。
圆心 到直线 的距离 ,等于半径。
故此时直线 与 相切。
情况二:当 都不是坐标原点时:
过 和 的直线斜率 。
直线 的方程可写为:,整理得:
因为直线 与 相切,圆心 到该直线的距离为 :
即 。
两边平方展开:
将含有 的项合并,整理为关于 的二次方程:
同理,因为直线 也与 相切,过点 ,
可得到完全一致的代数结构,即 也满足方程:
由 (*) 和 (**) 可知, 和 是关于 的一元二次方程 的两个不同实数根(此处 ,否则切点重合)。
根据韦达定理:
y_2 + y_3 = \frac{-2y_1}{y_1^2 - 1}$$$$y_2 y_3 = \frac{3 - y_1^2}{y_1^2 - 1}
接下来考察直线 。同理可写出直线 的方程为:
圆心 到直线 的距离 的平方为:
将韦达定理的结果代入:
分子部分:.
所以分子平方为 .
分母部分:.
故距离的平方:
因为 ,所以 。即圆心到直线 的距离等于圆的半径。
结论:
综上所述,无论何种情况,直线 均与 相切。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心技巧:
两点式快速求解方程:在抛物线 中,过点 和 的直线方程可以统一写成 。本题 ,这极大简化了直线与圆联立时的代数表达。
同构方程与韦达定理:当两个变量(如 )在与第三个变量()发生几何关系时具有完全相同的代数约束表达式时,可将它们视为同一个一元二次方程的两个根,从而直接利用韦达定理提取“和与积”。这是解析几何压轴题中“化繁为简”的高级心法。
规律总结:这是一个经典的几何构型:抛物线外接于某圆的外切三角形的变体(彭赛列闭合定理的特例)。从圆外一点引两条切线交抛物线,另一条弦必然也与同心或相关圆相切。
避坑指南:
- 在同构得出二次方程时,要留意首项系数 是否为零。如果 (即 ),此时过 的切线会平行于 轴,退化为一次方程,在严谨的解题中需补充“特例讨论”(即本解析中的“情况一”)。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
🔗【关联脉络】
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