20202021学年高中数学第2章圆锥曲线与方程241抛物线及其标准方程教学用书教案新人教A版选修2

-1-2.4抛物线2.4.1抛物线及其标准方程学习目标核心素养1．掌握抛物线的定义及焦点、准线的概念．(重点)2．掌握抛物线的标准方程及其推导过程．(易错点)3．明确p的几何意义，并能解决简单的求抛物线标准方程问题．(难点)1．通过抛物线定义的学习，培养数学抽象核心素养．2．通过抛物线定义及标准方程的应用，培养学生的直观想象、数学建模等核心素养．1．抛物线的定义平面内与一个定点F和一条定直线l(l不经过点F)距离相等的点的轨迹叫做抛物线．点F叫做抛物线的焦点，直线l叫做抛物线的准线．思考1：抛物线的定义中，若点F在直线l上，那么点的轨迹是什么？[提示]点的轨迹是过点F且垂直于直线l的直线．2．抛物线的标准方程图形标准方程焦点坐标准线方程y2＝2px(p0)Fp2，0x＝－p2y2＝－2px(p0)F－p2，0x＝p2x2＝2py(p0)F0，p2y＝－p2x2＝－2py(p0)F0，－p2y＝p2思考2：(1)抛物线方程中p(p0)的几何意义是什么？(2)根据抛物线方程如何确定焦点的位置？[提示](1)p的几何意义是焦点到准线的距离．-2-(2)根据抛物线方程中一次式±2px，±2py来确定焦点位置，“x，y”表示焦点在x轴或y轴上，系数“±2p”的正负确定焦点在坐标轴的正半轴或负半轴上．1．抛物线x2＋8y＝0的焦点坐标是()A．(0,2)B．(0，－2)C．(0,4)D．(0，－4)B[抛物线x2＝－8y的焦点在y轴的负半轴上，且p2＝2，因此焦点坐标是(0，－2)．]2．抛物线y2＝8x的焦点到准线的距离是()A．1B．2C．4D．8C[由y2＝8x得p＝4，即焦点到准线的距离为4．]3．抛物线x＝4y2的准线方程是()A．y＝12B．y＝－1C．x＝－116D．x＝18C[由x＝4y2得y2＝14x，故准线方程为x＝－116．]4．抛物线y2＝－12x上与焦点的距离等于9的点的坐标是________．(－6,62)或(－6，－62)[由y2＝－12x知p＝6，准线方程为x＝3，设抛物线上点P(x，y)，由抛物线定义可知－x＋3＝9，x＝－6，将x＝－6代入y2＝－12x，得y＝±62，所以满足条件的点为(－6,62)或(－6，－62)．]求抛物线的标准方程【例1】根据下列条件分别求出抛物线的标准方程：(1)准线方程为y＝23；(2)焦点在y轴上，焦点到准线的距离为5；(3)经过点(－3，－1)；(4)焦点为直线3x－4y－12＝0与坐标轴的交点．思路探究：(1)(2)-3-(3)(4)写出焦点坐标→[解](1)因为抛物线的准线交y轴于正半轴，且p2＝23，则p＝43，所以所求抛物线的标准方程为x2＝－83y．(2)已知抛物线的焦点在y轴上，可设方程为x2＝2my(m≠0)，由焦点到准线的距离为5，知|m|＝5，m＝±5，所以满足条件的抛物线有两条，它们的标准方程分别为x2＝10y和x2＝－10y．(3)∵点(－3，－1)在第三象限，∴设所求抛物线的标准方程为y2＝－2px(p0)或x2＝－2py(p0)．若抛物线的标准方程为y2＝－2px(p0)，则由(－1)2＝－2p×(－3)，解得p＝16；若抛物线的标准方程为x2＝－2py(p0)，则由(－3)2＝－2p×(－1)，解得p＝92．∴所求抛物线的标准方程为y2＝－13x或x2＝－9y．(4)对于直线方程3x－4y－12＝0，令x＝0，得y＝－3；令y＝0，得x＝4，∴抛物线的焦点为(0，－3)或(4,0)．当焦点为(0，－3)时，p2＝3，∴p＝6，此时抛物线的标准方程为x2＝－12y；当焦点为(4,0)时，p2＝4，∴p＝8，此时抛物线的标准方程为y2＝16x．∴所求抛物线的标准方程为x2＝－12y或y2＝16x．1．用待定系数法求抛物线标准方程的步骤2．求抛物线的标准方程时需注意的三个问题(1)把握开口方向与方程间的对应关系．(2)当抛物线的类型没有确定时，可设方程为y2＝mx或x2＝ny，这样可以减少讨论情况的-4-个数．(3)注意p与p2的几何意义．[跟进训练]1．若抛物线y2＝2px(p＞0)的焦点是椭圆x23p＋y2p＝1的一个焦点，则p＝()A．2B．3C．4D．8[答案]D抛物线的定义的应用【例2】(1)已知抛物线的顶点在原点，焦点在y轴上，抛物线上一点M(m，－3)到焦点的距离为5，求m的值、抛物线方程和准线方程；(2)已知抛物线y2＝4x的焦点是F，点P是抛物线上的动点，对于定点A(4,2)，求|PA|＋|PF|的最小值，并求出取最小值时的P点坐标；(3)已知动圆M与直线y＝2相切，且与定圆C：x2＋(y＋3)2＝1外切，求动圆圆心M的轨迹方程．思路探究：(1)利用抛物线定义先求抛物线的方程，再求m和准线方程．(2)利用抛物线的定义，把|PF|转化为到准线的距离．(3)利用|MC|的长度比点M到直线y＝2的距离大1求解．[解](1)设所求抛物线方程为x2＝－2py(p0)，由p2＋3＝5得p＝4，因此抛物线方程为x2＝－8y，其准线方程为y＝2，由m2＝24得m＝±26．(2)如图，作PN⊥l于N(l为准线)，作AB⊥l于B，则|PA|＋|PF|＝|PA|＋|PN|≥|AB|，当且仅当P为AB与抛物线的交点时，取等号．∴(|PA|＋|PF|)min＝|AB|＝4＋1＝5．-5-此时yP＝2，代入抛物线得xP＝1，∴P(1,2)．(3)设动圆圆心为M(x，y)，半径为r，则由题意可得M到圆心C(0，－3)的距离与直线y＝3的距离相等．由抛物线的定义可知：动圆圆心的轨迹是以C(0，－3)为焦点，以y＝3为准线的一条抛物线，其方程为x2＝－12y．抛物线定义的两种应用1实现距离转化.根据抛物线的定义，抛物线上任意一点到焦点的距离等于它到准线的距离，因此，由抛物线定义可以实现点点距与点线距的相互转化，从而简化某些问题.2解决最值问题.在抛物线中求解与焦点有关的两点间距离和的最小值时，往往用抛物线的定义进行转化，即化折线为直线解决最值问题.[跟进训练]2．(1)已知点P是抛物线y2＝2x上的一个动点，则点P到点A(0,2)的距离与P到该抛物线准线的距离之和的最小值为()A．172B．3C．5D．92A[由抛物线的定义可知，抛物线上的点到准线的距离等于到焦点的距离．由图可得，∴点P到准线x＝－12的距离d＝|PF|，易知点A(0,2)在抛物线y2＝2x的外部，连接AF，交y2＝2x于点P′，欲使所求距离之和最小，只需A，P′，F共线，∴其最小值为|AF|＝0－122＋2－02＝172．]-6-(2)若位于y轴右侧的动点M到F12，0的距离比它到y轴的距离大12．求点M的轨迹方程．[解]由于位于y轴右侧的动点M到F12，0的距离比它到y轴的距离大12，所以动点M到F12，0的距离与它到直线l：x＝－12的距离相等．由抛物线的定义知动点M的轨迹是以F为焦点，l为准线的抛物线(不包含原点)，其方程应为y2＝2px(p0)的形式，而p2＝12，所以p＝1,2p＝2，故点M的轨迹方程为y2＝2x(x≠0)．抛物线的实际应用[探究问题]已知抛物线，如何建系，才能使抛物线方程为标准方程？[提示]以抛物线的顶点为坐标原点，以抛物线的对称轴为坐标轴建系．【例3】河上有抛物线型拱桥，当水面距拱顶5米时，水面宽为8米，一小船宽4米，高2米，载货后船露出水面上的部分高34米，问水面上涨到与抛物线拱顶相距多少米时，小船开始不能通航？思路探究：建系→设方程→解方程→求出相关量→解决问题[解]如图，建立坐标系，设拱桥抛物线方程为x2＝－2py(p0)，由题意，将B(4，－5)代入方程得p＝85，∴抛物线方程为x2＝－165y．∵当船的两侧和拱桥接触时船不能通航．设此时船面宽为AA′，则A(2，yA)，由22＝－165yA，得yA＝－54．又知船露出水面上部分为34米，设水面与抛物线拱顶相距为h，则h＝|yA|＋34＝2(米)，即水面上涨到距抛物线拱顶2米时，小船不能通航．-7-求抛物线实际应用的五个步骤1建立适当的坐标系.2设出合适的抛物线标准方程.3通过计算求出抛物线的标准方程.4求出需要求出的量.5还原到实际问题中，从而解决实际问题.[跟进训练]3．某大桥在涨水时有最大跨度的中央桥孔，已知上部呈抛物线型，跨度为20米，拱顶距水面6米，桥墩高出水面4米．现有一货船欲过此孔，该货船水下宽度不超过18米，目前吃水线上部中央船体高5米，宽16米，且该货船在现有状况下还可多装1000吨货物，但每多装150吨货物，船体吃水线就要上升0．04米．若不考虑水下深度，问：该货船在现在状况下能否直接或设法通过该桥孔？为什么？[解]如图所示，以拱顶为原点，过拱顶的水平直线为x轴，竖直直线为y轴，建立直角坐标系．因为拱顶距水面6米，桥墩高出水面4米，所以A(10，－2)．设桥孔上部抛物线方程是x2＝－2py(p0)，则102＝－2p×(－2)，所以p＝25，所以抛物线方程为x2＝－50y，即y＝－150x2．若货船沿正中央航行，船宽16米，而当x＝8时，y＝－150×82＝－1．28，即船体在x＝±8之间通过，B(8，－1．28)，此时B点距水面6＋(－1．28)＝4．72(米)．而船体高为5米，所以无法通行．又因为5－4．72＝0．28(米)，0．28÷0．04＝7，150×7＝1050(吨)，所以若船通过增加货物通过桥孔，则要增加1050吨，而船最多还能装1000吨货物，所以货船在现在状况下不能通过桥孔．-8-1．焦点在x轴上的抛物线，其标准方程可以统设为y2＝mx(m≠0)，此时焦点为Fm4，0，准线方程为x＝－m4；焦点在y轴上的抛物线，其标准方程可以统设为x2＝my(m≠0)，此时焦点为F0，m4，准线方程为y＝－m4．2．设M是抛物线上一点，焦点为F，则线段MF叫做抛物线的焦半径．若M(x0，y0)在抛物线y2＝2px(p＞0)上，则根据抛物线的定义，抛物线上的点到焦点的距离和到准线的距离可以相互转化，所以焦半径|MF|＝x0＋p2．3．对于抛物线上的点，利用定义可以把其到焦点的距离转化为到准线的距离，也可以把其到准线的距离转化为到焦点的距离，因此可以解决有关距离的最值问题．1．已知抛物线C：y2＝x的焦点为F，A(x0，y0)是C上一点，|AF|＝54x0，则x0等于()A．1B．2C．4D．8A[∵14＋x0＝54x0，∴x0＝1．]2．已知抛物线y＝mx2(m0)的焦点与椭圆4y29＋x22＝1的一个焦点重合，则m的值为________．12[将抛物线y＝mx2(m0)的方程化为标准方程是x2＝1my，所以其焦点是0，14m，因为抛物线y＝mx2(m0)的焦点与椭圆4y29＋x22＝1的一个焦点重合，因此94－2＝14m2，解得m＝12．]3．已知抛物线y2＝2px(p＞0)的焦点F1，若点A(2，－4)在抛物线上，则点A到焦点的距离为________．4[把点(2，－4)代入抛物线y2＝2px，得16＝4p，即p＝4，从而抛物线的焦点为(2,0)．故点A到焦点的距离为4．]4．求顶点在原点，对称轴是坐标轴，且焦点在直线3x－5y－36＝0上的抛物线方程．[解]因为焦点在直线3x－5y－36＝0上，且抛物线的顶点在原点，对称轴是坐标轴，所以焦点A的坐标为(12,0)或0，－365．设抛物线方程为y2＝2px(p0)，求得p＝24，所以此抛物线方程为y2＝48x；设抛物线方程为x2＝－2py(p0)，求得p＝725，-9-所以此抛物线方程为x2＝－1445y．综上所求抛物线方程为y2＝48x或x2＝－1445y．