每日一题[3443]抛物线的参数方程

两条动直线 $y=k_1 x$ 和 $y=k_2 x$ 分别与抛物线 $C:~ y^2=2 p x$($p>0$)相交于不同于原点的 $A,B$ 两点,当 $\triangle OAB$ 的垂心恰是 $C$ 的焦点时,$|AB|=4\sqrt 5$.

1、求 $p$.

2、若 $k_1 k_2=-4$,弦 $AB$ 中点为 $P$,点 $M(-2,0)$ 关于直线 $AB$ 的对称点 $N$ 在拋物线 $C$ 上,求 $\triangle PMN$ 的面积.

解析

1、当 $\triangle OAB$ 的垂心恰是 $C$ 的焦点时,$|OA|=|OB|$,$AF\perp OB$,不妨设 $A\left(\dfrac{10}p,2\sqrt 5\right)$,$B\left(\dfrac{10}p,-2\sqrt 5\right)$,而 $F\left(\dfrac p 2,0\right)$,于是由 $AF\perp OB$ 可得\[\dfrac{2\sqrt 5}{\dfrac{10}p-\dfrac p 2}\cdot\dfrac{-2\sqrt 5}{\dfrac{10}p}=-1,\]解得 $p=2$.

2、设 $A(4a^2,4a)$,$B(4b^2,4b)$,$N(4n^2,4n)$,则 $AB:~x-(a+b)y-1=0$,根据题意有\[k_1k_2=-4\iff \dfrac 1a\cdot \dfrac 1b=-4\iff 4ab=-1,\]而 $P(2a^2+2b^2,2a+2b)$,$M(-2,0)$,因此由点 $M$ 关于直线 $AB$ 的对称点在抛物线 $C$ 上,有\[\begin{cases} \dfrac{4n}{4n^2+2}\cdot \dfrac{1}{a+b}=-1,\\ (2n^2-1)-(a+b)\cdot 2n-1=0,\end{cases}\]从而 $a+b=-\dfrac{2n}{2n^2+1}$,且\[(2n^2-1)+\dfrac{4n^2}{2n^2+1}-1=0\iff (2n^2-1)(n^2+1)=0,\]解得 $n^2=\dfrac 12$.不妨设 $n=\dfrac{\sqrt 2}2$,则 $a+b=-\dfrac{\sqrt 2}2$,结合 $4ab=-1$,可得 $P(2,-\sqrt 2)$,$M(-2,0)$,$N(2,2\sqrt 2)$,因此 $\triangle PMN$ 的面积为 $6\sqrt 2$.

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