10.(2000春全国)已知抛物线y2=4px(p>0),O为顶点,A、B为抛物线上的两动点,且满足OA⊥OB,如果OM⊥AB于M点,求点M的轨迹方程.
分析:点M随着A、B两点的变化而变化,点M是OM与AB的交点,而A、B为抛物线上的动点,点M与A、B的直接关系不明显,因此需引入参数.
解法一:设M(x0,y0),则kOM=
,kAB=-
,
直线AB方程是y=-
(x-x0)+y0.
由y2=4px可得x=
,代入上式整理得
x0y2-(4py0)y-4py02-4px02=0. ①
此方程的两根y1、y2分别是A、B两点的纵坐标,
∴A(
,y1)、B(
,y2).
∵OA⊥OB,∴kOA·kOB=-1.
∴
·
=-1.∴y1y2=-16p2.
根据根与系数的关系,由①可得
y1·y2=
,
∴
=16p2.
化简,得x02+y02-4px0=0,
即x2+y2-4px=0(除去原点)为所求.
∴点M的轨迹是以(2p,0)为圆心,以2p为半径的圆,去掉坐标原点.
解法二:设M(x,y),直线AB方程为y=kx+b,
由OM⊥AB得k=-
.
由y2=4px及y=kx+b消去y,得
k2x2+x(2kb-4p)+b2=0.
所以x1x2=
.消去x,得ky2-4py+4pb=0.
所以y1y2=
.由OA⊥OB,
得y1y2=-x1x2,
所以
=-
,b=-4kp.
故y=kx+b=k(x-4p).
用k=-
代入,得
x2+y2-4px=0(x≠0).
解法三:设点M的坐标为(x,y),直线OA的方程为y=kx,
|
|
y2=4px,
类似地可得B点的坐标为(4pk2,-4pk),
从而知当k≠±1时,
kAB=
=
.
故得直线AB的方程为y+4pk=
(x-4pk2),
即(
-k)y+4p=x,
①
直线OM的方程为y=-(
-k)x. ②
可知M点的坐标同时满足①②,
由①及②消去k便得4px=x2+y2,
即(x-2p)2+y2=4p2,但x≠0,
当k=±1时,容易验证M点的坐标仍适合上述方程.
故点M的轨迹方程为(x-2p)2+y2=4p2(x≠0),
它表示以点(2p,0)为圆心,以2p为半径的圆.
[探索题](2006辽宁)
已知点
,![]()
是抛物线
上的两个动点,
是坐标原点,向量
,
满足
.设圆
的方程为![]()
(I)证明线段
是圆
的直径;
(II)当圆C的圆心到直线x-2y=0的距离的最小值为
时,求P的值。
(I)证法一:∵
,
∴
,
即
,
整理得
.
∴
1
设点
是以线段
为直径得圆上得任意一点,则![]()
即![]()
展开上式并将1带入得![]()
故线段
是圆
的直径.
证法二:同法一得:
1
以 AB 为直径的圆的方程是
,
展开,并将①代入得![]()
所以线段 AB 是圆 C 的直径
(II)解法一:设圆
的圆心为
则![]()
∵![]()
∴
又∵
=0
∴
∴![]()
∵
,∴
, ∴![]()
∴![]()
,
所以圆心的轨迹方程为:
设圆心
到直线
的距离为
,则
![]()
当
时,
有最小值
,由题设得
,∴
解法二:同法一得:圆心的轨迹方程为:
设直线
与
的距离为
,则
![]()
当
与
仅有一个公共点时,
该点到
的距离最小,最小值为
,
由 ②
③
消x得
,
由![]()
得
(∵
)
解法三:设圆
的圆心为
,则![]()
若圆心
到直线
的距离为
,那![]()
∵![]()
∴
又∵
,
,
∵
,∴
∴![]()
![]()
![]()
当
时,
有最小值
,由题设得
,
∴