题目内容

已知抛物线的顶点在原点,焦点在y轴的负半轴上,过其上一点P(x0,y0)(x0≠0)的切线方程为y-y0=2ax0(x-x0) (a为常数).
(1)求抛物线方程;
(2)斜率为k1的直线PA与抛物线的另一交点为A,斜率为k2的直线PB与抛物线的另一交点为B(A、B两点不同),且满足k2+λk1=0(λ≠0,λ=-1),若
BM
=λ
MA
,求证:线段PM的中点在y轴上;
(3)在(2)的条件下,当λ=1,k1<0时,若点P的坐标为(1,-1),求:∠PAB为钝角时,点A的纵坐标的取值范围.
考点:直线与圆锥曲线的关系,抛物线的标准方程
专题:导数的综合应用,向量与圆锥曲线
分析:(1)由题意设出抛物线方程,利用导数求其过点P(x0,y0)的切线方程,结合已知的切线方程求得p的值,在抛物线方程可求;
(2)由直线方程的点斜式写出PA的方程,和抛物线方程联立,利用根与系数关系得到A点横坐标,结合k2+λk1=0(λ≠0,λ=-1),且
BM
=λ
MA
证得答案;
(3)由λ=1,P(1,-1)求得a=-1,求出A,B的坐标,得到向量
AP
,
AB
的坐标,由∠PAB为钝角,且P,A,B不共线可得
AP
•
AB
<0,进一步得到k1<-2,或-
1
2
<k1<0.再由点A的纵坐标yA=-(k1+1)2求其范围.
解答: (1)解:由题意为设抛物线的方程为x2=-2py(p>0),
∵过点P(x0,y0)(x0≠0)的切线方程为y-y0=2ax0(x-x0),
∴y′|x=x0=-
x0
p
=2ax0
,
∴p=-
1
2a
.
则抛物线的方程为y=ax2(a<0);
(2)证明:直线PA的方程为y-y0=k1(x-x0),
由
y=ax2
y-y0=k1(x-x0)
,得ax2-k1x+k1x0-y0=0,
∴xA+x0=
k1
a
,xA=
k1
a
-x0
.
同理,可得xB=
k2
a
-x0
.
∵k2+λk1=0,
∴k2=-λk1,xB=-
λk1
a
-x0
.
又
BM
=λ
MA
(λ≠0,λ≠1),
∴xM-x0=λ(xA-xM),xM=
λxA+xB
1+λ
.
∴线段PM的中点在y轴上.
(3)解:由λ=1,P(1,-1),可知a=-1,
∴A(-k1-1,-(k1+1)2),B(k1-1,-(k1-1)2).
∴
AP
=(2+k1,k12+2k1)
,
AB
=(2k1,4k1)
.
∵∠PAB为钝角,且P,A,B不共线,
∴
AP
•
AB
<0,
即(2+k1)•2k1+(k12+2k1)•4k1<0.
∴k1(2k12+5k1+2)<0.
∵k1<0,∴2k12+5k1+2>0,
∴k1<-2,或-
1
2
<k1<0.
又∵点A的纵坐标yA=-(k1+1)2,
∴当k1<-2时,yA<-1;
当-
1
2
<k1<0时,-1<yA<-
1
4
.
∴∠PAB为钝角时,点A的纵坐标的取值范围为(-∞,-1)∪(-1,-
1
4
)
.
点评:本题考查了抛物线方程的求法,考查了利用导数求曲线的切线方程,考查了直线与圆锥曲线的关系,训练了利用平面向量解决圆锥曲线问题,体现了数学转化思想方法,考查了计算能力,是压轴题.
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