(本小题满分13分) 若A、B是抛物线y2=4x上的不同两…——2008 高考数学第 40 题答案解析

2008_退役省自主命题 (2008·理)

2008 湖南 第 40 题 unknown 区分题
2008_退役省自主命题 (2008·理)

20.(本小题满分13分)
若A、B是抛物线$y2=4x$上的不同两点,弦AB(不平行于y轴)的垂直平分线与
x轴相交于点P,则称弦AB是点P的一条“相关弦”.已知当x>2时,点P(x,0)
存在无穷多条“相关弦”.给定x0>2.
(I)证明:点P(x0,0)的所有“相关弦” 中的中点的横坐标相同;
(II) 试问:点P(x0,0)的“相关弦”的弦长中是否存在最大值?

若存在,求其最大值(用x0表示):若不存在,请说明理由.

参考答案

(1) x0-2; (2) 当x0>3时,点P(x0,0)的“相关弦”的弦长中存在最大值,且最大值为2(x0-1);当2< x0 3时,点P(x0,0)的“相关弦”的弦长中不存在最大值.

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解: (I)设AB为点P(x0,0)的任意一条“相关弦”,且点A、B的坐标分别是
(x1,y1)、(x2,y2)(x1 ¹x2),则$y21=4x1, y22=4x2,$
两式相减得(y1+y2)(y1-y2)=4(x1-x2).因为x1 ¹x2,所以y1+y2 ¹0.
设直线AB的斜率是k,弦AB的中点是M(xm, ym),则
$k= 1 21 2 1 24 2my yx x y y y-= =-$ 
.从而AB的垂直平分线l的方程为 ( ).$2mm myy y x x- = - -$
又点P(x0,0)在直线l上,所以 $0( ).2mm myy x x- = - -$
而 0,my¹于是 $02.mx x= -$故点P(x0,0)的所有“相关弦”的中点的横坐标都是x0-2.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,弦AB所在直线的方程是 ( )$m my y k x x- = -$,代入 $24y x=$中,
整理得 2 2 22[ ( ) 2] ( ) 0.m m m mk x k y kx x y kx - -  - = (·)
则 1 2x x、是方程(·)的两个实根,且
21 22( ).m my kxx xk-× =
设点P的“相关弦”AB的弦长为l,则
2 2 2 2 21 2 1 2 1 2( ) ( ) (1 )( )$l x x y y k x x= -$  - =  -

2 2 2 21 2 1 2 1 222222 2 4 22 2 2 2 2 20 0(1 )[( ) 4 ] 4(1 )( )2( )44(1 )[ ]4(4 )(4 ) 4 ( 1) 164( 1) [ 2( 1)] 4( 1) [ 2( 3)] .$mm mmmmmm m m m m m mm m m mk x x x x k x x xy xyxyyy x y y y x xx y x x y x=$   - =  --=  -=  - = -  - =  - - - = - - - -
因为0< 2my<4xm=4(xm-2) =4x0-8,于是设t= 2my,则t(0,4x0-8).
记l2=g(t)=-[t-2(x0-3)]2+4(x0-1)2.
若x0>3,则2(x0-3) (0, 4x0-8),所以当$t=2(x0-3),$即 $2my=2(x0-3)$时,
l有最大值2(x0-1).
若2<x0<3,则2(x0-3) 0,g(t)在区间(0,4 x0-8)上是减函数,
所以0<l2<16(x0-2),l不存在最大值.
综上所述,当x0>3时,点P(x0,0)的“相关弦”的弦长中存在最大值,且最大值
为2(x0-1);当2< x0 3时,点P(x0,0)的“相关弦”的弦长中不存在最大值.

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