解析几何之目~抛物线的弦和切线:2019年全国卷C题21

2019年理科数学全国卷三题21(12分)

已知曲线 为直线 上的动点,过 作 的两条切线,切点分别为 .

(1)证明:直线 过定点;

(2)若以 为圆心的圆与直线 相切,且切点为线段 的中点,求四边形 的面积。


【分析】

由形入手分析,对于题设直线上的每一个点,可以作两条切线。从对称性角度分析,因为抛物线和直线关于轴对称, 所以,弦 上的这个定点一定在 轴上。直线 的方程可以化为以下形式:

抛物线 的弦的斜率与弦的中点存在以下联系:. 此处 代表弦的中点的坐标。这是用平方差法推导得出的常用结论。

假如在保持弦的斜率不变的情况下,让弦向下移动,两个端点会向中点靠拢,最终三点重合,弦就变为抛物线的切线。因此,以上公式对切线同样有效, 代表切点的坐标。

由形入手分析,对于 上每个动点,可以作出两条切线;从代数的角度,把 点坐标作为参数,可以列出一个方程(二次方程),该方程的解与两个切点相对应。

有了两个切点的坐标,就可以写出弦 的方程。假如解出两点坐标再写方程,计算量较大。

应用以上常用结论,可以根据弦 的两个端点的坐标求出其斜率。借助韦达定理,在不解二次方程的情况下,即可求出中点坐标和弦的斜率,从而得出弦 的方程。

【解答第1问】

本题中,抛物线的切线的斜率与切点坐标存在如下关系:. 其中, 代表切点坐标。

设点 坐标为 ,切点坐标可记作:

两个切点的坐标满足以下方程:

直线 的点斜式方程为:

结论:直线 经过定点


【解答第2问】

本题中,抛物线关于轴对称,所以弦 的斜率一定是存在的。

当 ,其方程为 , 中点为 , 满足题设要求。

此时的 坐标为

以下考虑 的情况。

设弦 中点 的横坐标为 , 应用第1问结论,直线方程为:

中点坐标为:

满足条件的直线 的有两条:

两条直线关于 轴对称,所得四边形面积相等。

今取 方程可化为:, 点 坐标为

点 与 的距离:

点 与 的距离:

联立直线与抛物线方程并消元可得:

结论:四边形 的面积为 或 .


【易错点】

本题中, 斜率为0时,满足题设条件,但此时 斜率不存在,所以很容易漏解。

为避免漏解,应从两个方面着手:一是多画图,养成从几何角度分析的习惯;二是针对直线与坐标轴平行或者垂直的情况,要分情况讨论,同样要在平时的解题过程中培养好习惯。

【提炼与提高】

本题难度不高,却很有典型性。韦达定理和平方差法是高中解析几何中最重要的两种方法,在本题解答中都用到了。

本题涉及了以下几何对象:抛物线、圆、弦、切线、四边形和三角形。

在本题中还可以看到以下典型的基本问题:求弦长、求点和直线的距离、求三角形和四边形的面积。

从高考例题的角度,这是一个优秀的考题;从备考的角度,值得多花时间体会。


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