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一类定点问题的证明与推广

一类定点问题的证明与推广

陶文平��

摘要:圆锥曲线是高中数学的重点与难点,而曲线过定点问题是一类重要的题型,我们来研究一个抛物线过定点问题。

关键词:圆锥曲线;抛物线;直线

圆锥曲线是高中数学的重点与难點,而曲线过定点问题是一类重要的题型,我们来研究一个抛物线过定点问题。

例1已知抛物线y2=2px(p>0),原点为O,且直线l与抛物线相交于A,B点,若OA⊥OB.求证:直线l过定点.

为证明上述结论,先给出一个结论:

引理1:已知抛物线y2=2px(p>0),过x轴上一定点C(c,0)的直线与抛物线相交于A,B点,则yA·yB=-2pc(定值)或xA·xB=c2(定值).

证明:设直线l:x=my+c,联立x=my+cy2=2px,消去x得,

y2-2pmy-2pc=0

所以yA·yB=-2pc,又yA2=2pxAyB2=2pxB,

所以xA·xB=yA22p·yB22p=(yA·yB)24p2=c2.

上述引理反过来也是成立的.

引理2:已知抛物线y2=2px(p>0),

(1) 若直线l与抛物线相交于A,B点,且yA·yB=-2pc(定值),则直线l必过x轴上一定点C(c,0);

(2) 若直线l与抛物线相交于A,B点,且xA·xB=c2(定值),则直线l必过x轴上C1(-c,0),C2(c,0)中一点。

下用引理2来证明例1,

设A(xA,yA),B(xB,yB),由OA⊥OB,得xA·xB+yA·yB=0,

又因为xA·xB=(yA·yB)24p2,所以(yA·yB)24p2+yA·yB=0.即(yA·yB)·(yA·yB4p2+1)=0.

因为yA·yB≠0,所以yA·yB=-4p2,

由引理2得,直线l必过x轴上一定点C(2p,0).

例2已知抛物线y2=4x的焦点为F,过点(2,0)的直线l交抛物线于A,B两点,AF,BF的延长线与抛物线交于C,D两点,求证:CD过一定点。

证明:由于AB过点(2,0),由引理1可得,yA·yB=-8,(1)

再由BD过点(1,0),由引理1可得,yB·yD=-4,(2)

同理yA·yC=-4,(3)

由(1)(2)(3)得yC·yD=-2,

由引理2得,直线CD必过x轴上一定点M12,0.

推广到一般结论:已知抛物线y2=2px(p>0)有两个定点M(a,0),N(b,0),过点M的直线l交抛物线于A,B两点,AN,BN的延长线与抛物线交于C,D两点,求证:CD过一定点。

证明:由于AB过点M(a,0),由引理1可得,yA·yB=-2pa,(1)

再由BD过点N(b,0),由引理1可得,yB·yD=-2pb,(2)

同理yA·yC=-2pb,(3)

由(1)(2)(3)得yC·yD=-2pb2a,

由引理2得,直线CD必过x轴上一定点M(b2a,0).

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