每日一题[365]任他东南西北风

这是2012年北京市西城区的一道高考模拟题:

已知抛物线$y^2=2px$($p>0$)的焦点为$F$,过点$F$的直线交$y$轴正半轴于点$P$,交抛物线于$A,B$两点,其中点$A$在第一象限.

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(I)求证:以线段$FA$为直径的圆与$y$轴相切;

(II)若$\overrightarrow{FA}=\lambda_1\overrightarrow{AP}$,$\overrightarrow{BF}=\lambda_2\overrightarrow{FA}$,$\dfrac{\lambda_1}{\lambda_2}\in\left[\dfrac 14,\dfrac 12\right]$,求$\lambda_2$的取值范围.


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分析    第(I)小题只需要证明$$\dfrac{x_A+x_F}2=\dfrac 12|AF|$$即可.实际上,由抛物线的定义易得.

第(II)小题引入了两个参数$\lambda_1$和$\lambda_2$,使得题目蕴含更多的“变数”.看似“东南西北”纷繁复杂,实则是对多参数问题的代数处理能力的一次考量.事实上,以$A,B$两点的坐标参数为基本参数,注意齐次特性用$\lambda_2$表示$\lambda_1$即可.

解答    (I)略;

(II)设$A(2pt_1^2,2pt_1)$,$B(2pt_2^2,2pt_2)$,$P(0,m)$,则由直线$AB$与直线$PA$的斜率相等得$$\dfrac{m-2pt_1}{0-2pt_1^2}=\dfrac{2pt_1-2pt_2}{2pt_1^2-2pt_2^2},$$解得$$m=\dfrac {2pt_1t_2}{t_1+t_2}.$$这样我们有$$\lambda_2=-\dfrac{t_2}{t_1},$$其中$\lambda_2>1$.进而$$\lambda_1=\dfrac{2pt_1}{\dfrac{2pt_1t_2}{t_1+t_2}-2pt_1}=-1-\dfrac{t_2}{t_1}=-1+\lambda_2,$$因此根据题意有$$\dfrac{-1+\lambda_2}{\lambda_2}\in\left[\dfrac 14,\dfrac 12\right],$$解得$\lambda_2$的取值范围是$\left[\dfrac 43,2\right]$.

   事实上,根据抛物线的几何平均性质,有$$2pt_1^2\cdot 2pt_2^2=\left(\dfrac p2\right)^2,$$从而$$t_1t_2=-\dfrac 14.$$但是对于本题而言,直线$AB$过点$F$的条件是多余的.

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