关于抛物线焦点弦的弦长公式
在高中教材第八章中有关于已知倾斜角的焦点弦,求焦点弦的弦长的问题,其中只介绍 了开口向右时的焦点弦的长度计算问题:
(1)已知:抛物线的方程为
2
且弦 AB 的倾斜角为? ,求弦 AB 的长。
? 2 px ( p ? 0) ,过焦点 F 的弦 AB 交抛物线于 A B 两点,
?
yk(x??解:由题意可设直线 AB 的方程为 ) (? ? ) 将其代入抛物线方程整理得:
4 k 2 x2 ? (4 p k 2 ? 8 p) x ?
p ? 0 ,且 k ? tan ?pk2 2
2
2
设 A,B 两点的坐标为 (
x , y ),(x , y )
1
1
2
2
2
1
则: x ? x
1
2
?
p k
2?2p ,
k
2
xx
2
? 1 2 4
p| AB |?
()?kxx 1 2 ? 4 x x 1 ?
2
2
2p?
(sin ? )
2
时,斜率不存在,sin??1,|AB|=2p.即为通径2
而如果抛物线的焦点位置发生变化,则以上弦长公式成立吗?这只能代表开口向右时的 弦长计算公式,其他几种情况不尽相同。 现在我们来探讨这个问题。
当 ? ?
?
(2)已知:抛物线的方程为
x
2
? 2 py ( p ? 0) ,过焦点的弦 AB 交抛物线于 A,B 两点,
直线 AB 倾斜角为? ,求弦 AB 的长。
解:设 A,B 的坐标为(x , y ),(x , y ) ,斜率为 k (k ? tan ? ) ,而焦点坐标为 (0,
故 AB 的方程为 y ?
2
p
2
2
1 1 2 2
2
p )
,
? kx ,将其代入抛物线的方程整理得:
1
2
2 ,
2
x? 2 pkx ? p ? 0, 从而 x ? x ? 2 pk , xx?? p(?)2 pkxx 1 2x? 4 x?弦长为: | AB |? 1 ?
1
2
2
2
1
2
(cos? )
? ? 0, cos? ? 1,| AB |? 2 p ,即为通径。
而y? ?2 px 与(1)的结果一样, x ? ?2 py 与(2)的结果一样,但是(1)与(2)
2
2
的两种表达式不一样,为了统一这两种不同的表达式,只须作很小的改动即可。现将改动陈 述于下:
(3)已知:抛物线的方程为
y
2
? 2 px ( p ? 0) ,过焦点 F 的弦 AB 交抛物线于 A ,B
两点,且弦 AB 与抛物线的对称轴的夹角为? ,求弦 AB 的长。
解:由题意可设直线 AB 的方程为 y ? k ( x ? p4 k 2 x2 ? (4 p k 2 ? 8 p) x ?
) (? ? ) 将其代入抛物线方程整理得: 2 2
?
? 0 ,pk2 2
?
若倾斜角 ? ? ,则???,k?tan??tan?;
2
? ,则?????,k?tan??tan(???)。
若倾斜角 ? ?
2
设 A,B 两点的坐标为 (
x , y ),(x , y )
1
1
2
2
k
()? 1 ? k x | AB | ? x 1 x 2 ? 4 x
2 ? 2 p ) ? p (pkk
1 ? ( tan ? ) ?
1
2
2
2
2
1
2
2
2
4
2
则: x ? x
?
p k ? 2 p ,
2
xx 2 ? 1 2 4
p
k4
?
(si n ? )
2 p
2
而 sin ? ? sin ? ,sin(? ? ? ) ? sin ? ,故 | AB |?
(sin ? )
2p
; 2
当 ? ? 而
2
?
y? ?2 px 与(3)的结果一样
时,sin??1,|AB|=2p.即为通径。2
同理:(4)已知:抛物线的方程为x 2 ? 2 py ( p ? 0) ,过焦点的弦 AB 交抛物线于 A,B
两点,直线 AB 与抛物线的对称轴的夹角为? ,求弦 AB 的长。
解:设 A,B 的坐标为 ( , ),( , ) ,若倾斜角为? ,斜率为 k,
1
1
2
x yx y
则 k ? tan ? ,而焦点坐标为 (0,
p
2
2
) ,
故 AB 的方程为 y ?
p
2
? kx ,将其代入抛物线的方程整理得:
x? 2 pkx ? p 2
2
? 0, 从而 x ? x ? 2 pk , x
1
2
1
x 2
?? p 2
2 ,
弦长为: | AB |? 1 ?
k
2
2
? 4 x x?
1
)
2
,则??
( x1? x 2
?
(cos ? )
2 p
2
当倾斜角 ? ? ?
??,cos??cos(??)?sin?;2 2
?
? ?
???当倾斜角 ? ? ,则??,cos?cos(??)??sin?2 2 2 2 p
所以 | AB |? 恒成立。
?
(sin ? )
2
当 ? ?
?
时,sin??1,|AB|=2p.即为通径。2
而 x 2 ? ?2 py 与(4)的结果一样。
故只要直线 AB 与抛物线的对称轴的夹角为? ,那么不论抛物线的开口向上,向下,向
左还是向右,过焦点的弦的弦长都可以用一个公式表示,即| AB |?用,包含了抛物线的四种开一个很好的弦长公式,这里推荐给大家使用。没有了因为开口不同而导致的公式不同,便于记。
这个公式 忆,便于应 口形式,
2
(sin ? )
2 p