题目
已知直线x-2y+1=0与抛物线C:y2=2px(p>0)交于A,B两点,|AB|=4sqrt(15).(1)求p;(2)设F为C的焦点,M,N为C上两点,且overrightarrow(FM)•overrightarrow(FN)=0,求△MFN面积的最小值.
已知直线x-2y+1=0与抛物线C:y2=2px(p>0)交于A,B两点,|AB|=4$\sqrt{15}$.
(1)求p;
(2)设F为C的焦点,M,N为C上两点,且$\overrightarrow{FM}$•$\overrightarrow{FN}$=0,求△MFN面积的最小值.
(1)求p;
(2)设F为C的焦点,M,N为C上两点,且$\overrightarrow{FM}$•$\overrightarrow{FN}$=0,求△MFN面积的最小值.
题目解答
答案
解:设A(x1,y1),B(x2,y2),联立$\left\{\begin{array}{l}{x-2y+1=0}\\{{y}^{2}=2px(p>0)}\end{array}\right.$,
消去x得:y2-4py+2p=0,
∴y1+y2=4p,y1y2=2p,Δ=16p2-8p>0,
∴p(2p-1)>0,∴p>$\frac{1}{2}$,
|AB|=$\sqrt{1+4}$|y1-y2|=$\sqrt{5}$$\sqrt{({y}_{1}+{y}_{2})^{2}-4{y}_{1}{y}_{2}}$=4$\sqrt{15}$,
∴16p2-8p=48,∴2p2-p-6=0,∴(2p+3)(p-2)=0,
∴p=2,
(2)由(1)知y2=4x,所以F(1,0),显然直线MN的斜率不可能为零,
设直线MN:x=my+n,M(x1,y1),N(x2,y2)
由$\left\{\begin{array}{l}{{y}^{2}=4x}\\{x=my+n}\end{array}\right.$,可得y2-4m-4n=0,所以y1+y2=4m,y1y2=-4n,
Δ=16m2+16n>0→m2+n>0,
因为$\overrightarrow{MF}⋅\overrightarrow{NF}=0$,所以(x1-1)(x2-1)+y1y2=0,
即(my1+n-1)(my2+n-1)+y1y2=0,即 $(m^2+1)y_1y_2+m(n-1)(y_1+y_2)+(n-1)^2=0$,
将y1+y2=4m,y2=-4n,代入得4m2=n2-6n+1,
∴4(m2+n)=(n-1)2>0,所以n≠1,且n2-6n+1≥0,解得n≥3+2$\sqrt{2}$或n≤3-2$\sqrt{2}$.
设点F到直线MN的距离为d,所以d=$\frac{|n-1|}{\sqrt{1+{m}^{2}}}$,
|MN|=$\sqrt{1+{m}^{2}}$|y1+y2|=$\sqrt{1+{m}^{2}}$$\sqrt{({y}_{1}-{y}_{2})^{2}-4{y}_{1}{y}_{2}}$=$\sqrt{1+{m}^{2}}$$\sqrt{16{m}^{2}+16n}$
=$\sqrt{1+{m}^{2}}$$\sqrt{4({n}^{2}-6n+1)+16n}$=2$\sqrt{1+{m}^{2}}$|n-1|,
所以△MNF的面积S=$\frac{1}{2}$|MN|×d=$\frac{1}{2}$×$\frac{|n-1|}{\sqrt{{m}^{2}+1}}$×2$\sqrt{1+{m}^{2}}$|n-1|,
又$n≥3+2\sqrt{2}$或$n≤3-2\sqrt{2}$,所以当n=3-2$\sqrt{2}$时,△MNF的面积Smin=(2-2$\sqrt{2}$)2=12-8$\sqrt{2}$.
消去x得:y2-4py+2p=0,
∴y1+y2=4p,y1y2=2p,Δ=16p2-8p>0,
∴p(2p-1)>0,∴p>$\frac{1}{2}$,
|AB|=$\sqrt{1+4}$|y1-y2|=$\sqrt{5}$$\sqrt{({y}_{1}+{y}_{2})^{2}-4{y}_{1}{y}_{2}}$=4$\sqrt{15}$,
∴16p2-8p=48,∴2p2-p-6=0,∴(2p+3)(p-2)=0,
∴p=2,
(2)由(1)知y2=4x,所以F(1,0),显然直线MN的斜率不可能为零,
设直线MN:x=my+n,M(x1,y1),N(x2,y2)
由$\left\{\begin{array}{l}{{y}^{2}=4x}\\{x=my+n}\end{array}\right.$,可得y2-4m-4n=0,所以y1+y2=4m,y1y2=-4n,
Δ=16m2+16n>0→m2+n>0,
因为$\overrightarrow{MF}⋅\overrightarrow{NF}=0$,所以(x1-1)(x2-1)+y1y2=0,
即(my1+n-1)(my2+n-1)+y1y2=0,即 $(m^2+1)y_1y_2+m(n-1)(y_1+y_2)+(n-1)^2=0$,
将y1+y2=4m,y2=-4n,代入得4m2=n2-6n+1,
∴4(m2+n)=(n-1)2>0,所以n≠1,且n2-6n+1≥0,解得n≥3+2$\sqrt{2}$或n≤3-2$\sqrt{2}$.
设点F到直线MN的距离为d,所以d=$\frac{|n-1|}{\sqrt{1+{m}^{2}}}$,
|MN|=$\sqrt{1+{m}^{2}}$|y1+y2|=$\sqrt{1+{m}^{2}}$$\sqrt{({y}_{1}-{y}_{2})^{2}-4{y}_{1}{y}_{2}}$=$\sqrt{1+{m}^{2}}$$\sqrt{16{m}^{2}+16n}$
=$\sqrt{1+{m}^{2}}$$\sqrt{4({n}^{2}-6n+1)+16n}$=2$\sqrt{1+{m}^{2}}$|n-1|,
所以△MNF的面积S=$\frac{1}{2}$|MN|×d=$\frac{1}{2}$×$\frac{|n-1|}{\sqrt{{m}^{2}+1}}$×2$\sqrt{1+{m}^{2}}$|n-1|,
又$n≥3+2\sqrt{2}$或$n≤3-2\sqrt{2}$,所以当n=3-2$\sqrt{2}$时,△MNF的面积Smin=(2-2$\sqrt{2}$)2=12-8$\sqrt{2}$.
解析
步骤 1:联立直线与抛物线方程
联立直线方程x-2y+1=0与抛物线方程y^{2}=2px,消去x得到关于y的一元二次方程。
步骤 2:求解一元二次方程
解得y_1+y_2=4p,y_1y_2=2p,且判别式Δ=16p^{2}-8p>0,从而得到p的取值范围。
步骤 3:利用弦长公式求解p
利用弦长公式|AB|=$\sqrt{1+4}$|y_1-y_2|=$\sqrt{5}$$\sqrt{({y}_{1}+{y}_{2})^{2}-4{y}_{1}{y}_{2}}$=4$\sqrt{15}$,解得p=2。
步骤 4:设直线MN的方程
设直线MN:x=my+n,M(x_1,y_1),N(x_2,y_2),联立抛物线方程y^{2}=4x,得到y^{2}-4m-4n=0,解得y_1+y_2=4m,y_1y_2=-4n。
步骤 5:利用向量垂直条件求解n
利用$\overrightarrow{MF}⋅\overrightarrow{NF}=0$,得到4m^{2}=n^{2}-6n+1,从而得到n的取值范围。
步骤 6:求解△MNF的面积
利用点到直线的距离公式和弦长公式,求解△MNF的面积S=$\frac{1}{2}$|MN|×d,从而得到△MNF的面积的最小值。
联立直线方程x-2y+1=0与抛物线方程y^{2}=2px,消去x得到关于y的一元二次方程。
步骤 2:求解一元二次方程
解得y_1+y_2=4p,y_1y_2=2p,且判别式Δ=16p^{2}-8p>0,从而得到p的取值范围。
步骤 3:利用弦长公式求解p
利用弦长公式|AB|=$\sqrt{1+4}$|y_1-y_2|=$\sqrt{5}$$\sqrt{({y}_{1}+{y}_{2})^{2}-4{y}_{1}{y}_{2}}$=4$\sqrt{15}$,解得p=2。
步骤 4:设直线MN的方程
设直线MN:x=my+n,M(x_1,y_1),N(x_2,y_2),联立抛物线方程y^{2}=4x,得到y^{2}-4m-4n=0,解得y_1+y_2=4m,y_1y_2=-4n。
步骤 5:利用向量垂直条件求解n
利用$\overrightarrow{MF}⋅\overrightarrow{NF}=0$,得到4m^{2}=n^{2}-6n+1,从而得到n的取值范围。
步骤 6:求解△MNF的面积
利用点到直线的距离公式和弦长公式,求解△MNF的面积S=$\frac{1}{2}$|MN|×d,从而得到△MNF的面积的最小值。