(2011•浙江)已知抛物线 C_ 1 : x^ 2 =y…——2011 高考数学第 21 题答案解析

2011_浙江卷 (2011·理)

2011 浙江 第 21 题 解答题 区分题
2011_浙江卷 (2011·理)

21、(2011•浙江)已知抛物线 $C_{1}: x^{2}=y$ ,圆 $C_{2}: x^{2}+(y-4)^{2}=1$ 的圆心为点 $M$
(I)求点 M 到抛物线 $\mathrm{C}_{1}$ 的准线的距离;
(II)已知点 P 是抛物线 $\mathrm{C}_{1}$ 上一点(异于原点),过点 P 作圆 $\mathrm{C}_{2}$ 的两条切线,交抛物线 $\mathrm{C}_{1}$ 于 A , B 两点,若过 M , $P$ 两点的直线 $I$ 垂足于 $A B$ ,求直线 $l$ 的方程.

考点:圆与圆锥曲线的综合。
专题:综合题。

分析:(1)由题意抛物线 $\mathrm{C}_{1}: \mathrm{x}^{2}=\mathrm{y}$ ,可以知道其准线方程为 $y=-\frac{1}{4}$ ,有圆 $\mathrm{C}_{2}: \mathrm{x}^{2}+(\mathrm{y}-4)^{2}=1$ 的方程可以知道圆心坐标为 $(0,4)$ ,所求易得到所求的点到线的距离;

(II)由于已知点 P 是抛物线 $\mathrm{C}_{1}$ 上一点(异于原点),所以可以设出点 P 的坐标,利用过点 P 作圆 $\mathrm{C}_{2}$ 的两条切线,交抛物线 $C_{1}$ 于 $A, B$ 两点,也可以设出点 $A, B$ 的坐标,再设出过 $P$ 的圆 $C_{2}$ 的切线方程,利用交与抛物线 $C_{2}$ 两点,联立两个方程,利用根与系数之间的关系整体得到两切线的斜率的式子,有已知的 $M P \perp A B$ ,得到方程进而求解。

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解答:解:(1)由题意画出简图为:
由于抛物线 $\mathrm{C}_{1}: x^{2}=y$ ,

利用抛物线的标准方程易知其准线方程为: $\mathrm{y}=-\frac{1}{4}$ ,

利用圆 $C_{2}: x^{2}+(y-4)^{2}=1$ 的方程得起圆心 $M(0,4)$ ,

利用点到直线的距离公式可以得到距离为 $\frac{17}{4}$ .
(II)设点 $\mathrm{P}\left(\mathrm{x}_{0}, \mathrm{x}_{0}^{2}\right), \mathrm{A}\left(\mathrm{x}_{1}, \mathrm{x}_{1}^{2}\right), \mathrm{B}\left(\mathrm{x}_{2}, \mathrm{x}_{2}^{2}\right)$ ;
由题意得:$x_{0} \neq 0, x_{2} \neq \pm 1, x_{1} \neq x_{2}$ ,
设过点 $P$ 的圆 $c_{2}$ 的切线方程为:$y-x_{0}{ }^{2}=k\left(x-x_{0}\right)$ 即 $y=k x-k x_{0}+x_{0}{ }^{2}$①
则 $\frac{\left|k x_{0}+4-x_{0}{ }^{2}\right|}{\sqrt{1+k^{2}}}=1$ ,即 $\left(\mathrm{x}_{0}{ }^{2}-1\right) \mathrm{k}^{2}+2 \mathrm{x}_{0}\left(4-\mathrm{x}_{0}{ }^{2}\right) \mathrm{k}+\left(\mathrm{x}_{0}{ }^{2}-4\right)^{2}-1=0$ ,
设 $P A, P B$ 的斜率为 $k_{1}, k_{2}\left(k_{1} \neq k_{2}\right)$ ,则 $k_{1}, k_{2}$ 应该为上述方程的两个根,
$\therefore k_{1}+k_{2}=\frac{2 x_{0}^{2}\left(x_{0}^{2}-4\right)}{x_{0}^{2}-1}, k_{1} \cdot k_{2}=\frac{\left(x_{0}^{2}-4\right)^{2}-1}{x_{0}^{2}-1} ;$

代入①得:$x^{2}-k x+k x_{0}-x_{0}{ }^{2}=0$ 则 $x_{1}, x_{2}$ 应为此方程的两个根,
故 $\mathrm{x}_{1}=\mathrm{k}_{1}-\mathrm{x}_{0}, \mathrm{x}_{2}=\mathrm{k}_{2}-\mathrm{x}_{0}$
$\therefore \mathrm{k}_{\mathrm{AB}}=\mathrm{x}_{1}+\mathrm{x}_{2}=\mathrm{k}_{1}+\mathrm{k}_{2}-2 \mathrm{x}_{0}=\frac{2 x_{0}\left(x_{0}^{2}-4\right)}{x_{0}^{2}-1}-2 x_{0}, k_{M P}=\frac{x_{0}^{2}-4}{x_{0}}$

由于 $M P \perp A B, \therefore k_{A B} \bullet K_{M P}=-1 \Rightarrow x_{0}{ }^{2}=\frac{23}{5}$

故 $\mathrm{P}\left( \pm \sqrt{\frac{23}{5}}, \frac{23}{5}\right) \therefore$ 筫绕的方程为:$y= \pm \frac{3 \sqrt{115}}{115} x+4$ .

点评:此题重点考查了抛物线即圆的标准方程,还考查了相应的曲线性质即设出直线方程,利用根与系数的思想整体代换,进而解出点的坐标,理应直线与圆相切得到要求的直线方程.

✅ 来源:2011年 · 浙江 · 2011_浙江卷 (2011·理) · 第 21 题 · 本题已通过人工审核与系统自动校验

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