同一骨架 2017 年全国高中数学联赛一试(A 卷) 第 1 题 · P007257
两题都出现非零量的负倒数作用,先找准应减去的基准,便能识别重复作用后回到原值的结构。几何题中两个中点参数减去基准后互为负倒数,对应的不变量可用于证明两点连线过定点;函数题则将两次平移的负倒数作用合成为周期。
不能只看表面都有倒数:须写出同一个负倒数变换,并保留非零条件;几何题还要核中点不同,函数题还要回到给定初值区间。
抛物线切线交点距离与中点弦定点
在平面直角坐标系 中,已知抛物线
过点 的直线与 交于 两点, 在 处的切线交于点 。
(1)求线段 长度的最小值;
(2)若直线 与 交于 两点, 分别为线段 的中点。求证:直线 经过定点。
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先回想这道题的想法,再试试当前题。
参数和与积描述弦时,两实端点的存在由相应二次方程判别式为正保证。直线过定点可用该点到两个动点的斜率相等验证,但分母为零的情形须先排除或改用行列式。
想法从哪来:弦端点和两处切线都在同一抛物线上,选抛物线横坐标作参数,可让弦和切线公式同时简化。弦过定点先给参数和、积之间的一条关系,切线交点恰好也只用这两个对称量表示,所以应先求交点轨迹,而不是直接优化两点距离。 得到一条轨迹直线后,最短距离是垂距,但仍需检查垂足确能由两个实交点产生。第二问改看弦中点:所有过原定点的弦中点落在同一条辅助抛物线上,两中点的横坐标又分别等于两条弦的斜率。将两参数关系整理成关于一的平移乘积,便容易寻找使两条中点连线斜率相同的固定点。
把抛物线上的点写成参数形式 ,弦方程、切线方程以及弦中点都只由两参数的和与积表示。 先利用弦过定点 消去参数积,可直接求出切线交点 的轨迹;第(2)问再把 的中点放到同一条辅助抛物线上,并将直线 的斜率转化为两个中点横坐标 之间的关系。
设
并记 。弦 的方程为
因为它经过 ,所以
抛物线在参数为 的点处的切线为
联立 两处的切线,得到
(1)由式 (2),点 在直线
上。反过来,对任意实数 ,以 为根的方程
的判别式为
所以该直线上的每一点都能由两个不同的实参数 得到。因此 的轨迹就是 ,从而
垂足 对应 ,故最小值能够取到。
(2)由式 (1),线段 的中点为
记 ,则
同理,设 的参数和的一半为 。因为弦 也经过 ,故
弦 的斜率为 。另一方面,由式 (2), 。由于直线 与抛物线有两个交点,它不是竖直线,故 ,并且
于是
令 。由式 (3)--(5),
所以 三点共线,即直线 恒过定点
条件 给出的判别式恒为正,故第(1)问的轨迹没有遗漏端点。 第(2)问中若 ,则 为竖直线,只能与函数图像相交于一个点,确应排除; 式 (5) 还保证 ,以上两个斜率都有定义。把 代入所得共线关系, 两侧完全一致。
对标准抛物线,参数点能同时简化弦、切线与中点坐标。若一条弦经过固定点, 先把参数积写成参数和的函数,往往能得到切线交点的简单轨迹;处理中点定点问题时, 再寻找所有弦中点共同满足的辅助曲线,并把原直线斜率翻译为辅助曲线上两点的参数关系。
先证明切线交点遍历一条直线以求最短距离,后问还须将两条过P弦的中点统一参数化,并由PQ方向建立参数间倒数关系。
同一骨架 2017 年全国高中数学联赛一试(A 卷) 第 1 题 · P007257
两题都出现非零量的负倒数作用,先找准应减去的基准,便能识别重复作用后回到原值的结构。几何题中两个中点参数减去基准后互为负倒数,对应的不变量可用于证明两点连线过定点;函数题则将两次平移的负倒数作用合成为周期。
不能只看表面都有倒数:须写出同一个负倒数变换,并保留非零条件;几何题还要核中点不同,函数题还要回到给定初值区间。
易混 2026 年培玉原创改编高中数学竞赛 第 2 题 · P011102
两题都处理过同一定点与抛物线相交的弦,但目标量的几何性质决定了参数选法:只求定点到两交点的距离乘积和弦长时,用直线的单位方向参数代入一次即可;涉及两交点处切线交点及两条动弦中点连线时,则需用横坐标韦达定理配合切线极线方程。
直线方向参数把定点到交点的有向距离直接变成一元二次方程的根;抛物线切线交点坐标则由两切点横坐标的和与积直接控制。
已记下,谢谢!