本题导读
本题考查抛物线的标准方程与性质。核心在于导数求切线法、设线法 (韦达定理)的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2021年乙卷理)已知抛物线 的焦点为 ,且 与圆 上点的距离的最小值为 .
(1)求 ;
(2)若点 在 上,, 为 的两条切线,, 是切点,求 面积的最大值.
🔍【思路分析】
破题导航
本题考查抛物线与圆的综合以及直线与抛物线的相交、相切问题:
第(1)问(求基本量):利用抛物线焦点的坐标公式写出 点坐标。点 到圆 上点的最小距离等于点 到圆心 的距离减去半径 。建立关于 的方程即可求解。
第(2)问(切线与面积最值):本题属于经典的**“阿基米德三角形”**模型。
常规解法是:利用导数求出经过 和 的切线方程,两切线联立求出交点 的坐标与 坐标的关系(这里通常会发现点 的坐标能用直线 的方程系数表示,即“极点极线”性质)。
将直线 与抛物线联立,利用韦达定理表示出弦长 和点 到直线 的距离 ,从而表达出面积 。最后利用点 在圆 上的条件,将面积表达式转化为关于某一单变量(如 或 )的函数,求出最值。
✅【答案】
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(1)
(2) 面积的最大值为
✍【详细解析】
Abstract
(1)求 的值
抛物线 的焦点为 。
圆 的圆心为 ,半径 。
点 到圆 上点的最小距离为 。
根据题意有:
(由于 ,,故绝对值直接去掉)
解得 ,即 。
(2)求 面积的最大值
由(1)知,抛物线 的方程为 ,即 。
对原函数求导得:。
设切点 ,。
则切线 的斜率为 ,其方程为 ,化简得:
同理可得切线 的方程为:
联立两切线方程求交点 :
两式相减得 ,解得 。
代回得 。
即点 坐标为 。
设直线 的方程为 。
联立直线 与抛物线方程 :
消去 并整理得:。
此方程有两个不相等的实数根 ,则:
。
由韦达定理得:,。
将韦达定理结果代入点 的坐标中,可得 。
接下来计算 的面积 。
弦长
。
点 到直线 的距离 为:
(因为 ,可去绝对值)
代入面积公式:
又因为点 在圆 上,所以:
即 。
将 代入表达式 中:
将此代回①式,得到面积关于 的函数:
考虑 的取值范围:
点 的纵坐标 。由于点 在圆心为 、半径为 的圆上,
所以纵坐标的范围是 ,即 。
由此解得 。
设 ,其对称轴为 。
二次函数在区间 上单调递增,
所以当 时, 取得最大值 。
此时 的最大值为 (且此时 ,符合 的要求)。
因此, 面积的最大值为:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
阿基米德三角形及其面积公式(超强二级结论):
本题中的 严格符合“阿基米德三角形”的定义。
性质:若抛物线方程为 ,从点 引抛物线的两条切线,切点为 。则:
弦 (切点弦)的方程为:。
阿基米德 的面积公式为:
用结论快速求解本题部分过程:
题目中抛物线为 (即 ),设点 。
则 。
因为 在圆 上,所以 。
代入面积公式:
由 ,二次函数 的对称轴为 ,
所以在 上单调递减。
当 时,取得最大值 。
所以 。
对比原解析,利用结论可以省去巨大的运算量,是极好的验算手段!
极点极线的代数体现:本题设直线方程去求交点 ,这是因为高考大题要求写出详尽推导。如果熟悉切点弦方程(即极线方程),就能直接看出 的几何含义,思路更加清晰。
范围与最值:利用图形自身的范围求参数范围是解析几何的难点。本题巧妙利用点在圆上求出纵坐标 ,为后续二次函数求最值提供了关键的定义域约束。
📖【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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