(12分)已知抛物线 C: y^ 2 =4 x 的焦点为…——2010 高考数学第 21 题答案解析

2010_旧全国 I 卷 (2010·理)

2010 全国 第 21 题 解答题 区分题
2010_旧全国 I 卷 (2010·理)

21.(12分)已知抛物线 $C: y^{2}=4 x$ 的焦点为 $F$ ,过点 $K(-1,0)$ 的直线 $l$ 与 $C$ 相交于 $A , B$ 两点,点 $A$ 关于 $x$ 轴的对称点为 $D$ .
( I )证明:点 F 在直线 BD 上;
(II)设 $\overrightarrow{F A} \cdot \overrightarrow{F B}=\frac{8}{9}$ ,求 $\triangle B D K$ 的内切圆 $M$ 的方程.

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【考点】9S:数量积表示两个向量的夹角;IP:恒过定点的直线;J1:圆的标准方程;K8:抛物线的性质;KH:直线与圆锥曲线的综合.

【专题】11:计算题;14:证明题;16:压轴题.
【分析】( I )先根据抛物线方程求得焦点坐标,设出过点 K 的直线 L 方程代入抛物线方程消去 x ,设 L 与 C

的交点 $A\left(x_{1}, y_{1}\right), B\left(x_{2}, y_{2}\right)$ ,根据韦达定理求得 $y_{1}+y_{2}$ 和 $y_{1} y_{2}$ 的表达式,进而根据点 A 求得点 D 的坐标,进而表示出直线 BD 和 BF 的斜率,进而问题转化两斜率相等,进而转化为 $4 x_{2}=y 2^{2}$ ,依题意可知等式成立进而推断出 $k_{1}=k_{2}$ 原

式得证。
(II)首先表示出 $\overrightarrow{\mathrm{FA}} \cdot \overrightarrow{\mathrm{FB}}$ 结果为 $\frac{8}{9}$ 求得 m ,进而求得 $\mathrm{y}_{2}-\mathrm{y}_{1}$ 的值,推知BD的斜率 ,则 $B D$ 方程可知,设 $M$ 为 $(a, 0), M$ 到 $x=\frac{4}{3} y-1$ 和到 $B D$ 的距离相等,进而求得 a 和圆的半径,则圆的方程可得。

【解答】解:( I )抛物线 $C: y^{2}=4 x$(1)的焦点为 $F(1,0)$ ,
设过点 $K(-1,0)$ 的直线 $L: x=m y-1$ ,
代入①,整理得
$y^{2}-4 m y+4=0$,
设 $L$ 与 $C$ 的交点 $A\left(x_{1}, y_{1}\right), B\left(x_{2}, y_{2}\right)$ ,则
$y_{1}+y_{2}=4 m, \quad y_{1} y_{2}=4$ ,

点 $A$ 关于 $x$ 轴的对称点 $D$ 为 $\left(x_{1},-y_{1}\right)$ 。
BD的斜率 $k_{1}=\frac{y_{1}+y_{2}}{x_{2}-x_{1}}=\frac{4 m}{\left(m y_{2}-1\right)\left(m y_{1}-1\right)}=\frac{4}{y_{2}-y_{1}}$ ,
$B F$ 的斜率 $\mathrm{k}_{2}=\frac{\mathrm{y}_{2}}{\mathrm{x}_{2}-1}$ .
要使点 F 在直线 BD 上
需 $k_{1}=k_{2}$
需4 $\left(x_{2}-1\right)=y_{2}\left(y_{2}-y_{1}\right)$ ,
需 $4 x_{2}=y 2^{2}$,
上式成立,$\therefore \mathrm{k}_{1}=\mathrm{k}_{2}$ ,
∴ 点 F 在直线 BD 上.
(II) $\overrightarrow{F A} \cdot \overrightarrow{F B}=\left(x_{1}-1, y_{1}\right)\left(x_{2}-1, y_{2}\right)=\left(x_{1}-1\right)\left(x_{2}-1\right)+y_{1} y_{2}=\left(m y_{1}-2\right.$
)$\left(m y_{2}-2\right)+y_{1} y_{2}=4\left(m^{2}+1\right)-8 m^{2}+4=8-4 m^{2}=\frac{8}{9}$ ,
$\therefore m^{2}=\frac{16}{9}, m= \pm \frac{4}{3}$ .
$y_{2}-y_{1}=\sqrt{16 m^{2}-16}=4 \sqrt{m^{2}-1}=\frac{4 \sqrt{7}}{3}$ ,
$\therefore \mathrm{k}_{1}=\frac{3}{\sqrt{7}}, \quad$ BD: $\mathrm{y}=\frac{3}{\sqrt{7}}(\mathrm{x}-1)$ .
易知圆心 $M$ 在 $x$ 轴上,设为 $(a, 0), M$ 到 $x=\frac{4}{3} y-1$ 和到 $B D$ 的距离相等,即

$|a+1| \times \frac{3}{5}=\left\lvert\, \quad\left(\left.\frac{3}{\sqrt{7}}(a-1) \right\rvert\, \times \frac{\sqrt{7}}{4}\right.\right.$,
$\therefore 4|a+1|=5|a-1|, \quad-1解得 $\mathrm{a}=\frac{1}{9}$ .
∴ 半径 $\mathrm{r}=\frac{2}{3}$ ,
$\therefore \triangle B D K$ 的内切圆 $M$ 的方程为 $\left(x-\frac{1}{9}\right)^{2}+y^{2}=\frac{4}{9}$ .
【点评】本小题为解析几何与平面向量综合的问题,主要考查抛物线的性质、直线与圆的位置关系,直线与抛物线的位置关系、圆的几何性质与圆的方程的求解、平面向量的数量积等知识,考查考生综合运用数学知识进行推理论证的能力、运算能力和解决问题的能力,同时考查了数形结合思想、设而不求思想。

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