问题 解答题

已知顶点为原点O,焦点在x轴上的抛物线,其内接△ABC的重心是焦点F,若直线BC的方程为4x+y-20=0.

(1)求抛物线方程;

(2)轴上是否存在定点M,使过M的动直线与抛物线交于P,Q两点,满足∠POQ=90°?证明你的结论.

答案

(1)设抛物线的方程为y2=4px,则其焦点为(p,0)

与直线方程4x+y-20=0联立,有:(-4x+20)2=4px

∴4x2-(p+40)x+100=0,且y=-4x+20

该方程的解为B,C两点的坐标(x2,y2),(x3,y3

x2+x3=

p+40
4
(1)

y2+y3=-4(x2+x3)+40=-p (2)

设A(x1,y1

∵A在抛物线上

∴y12=4px1(3)

△ABC重心坐标为:(

x1+x2+x3
3
y1+y2+y3
3

∵重心为抛物线焦点

x1+x2+x3
3
=p,
y1+y2+y3
3
=0

将(1),(2)代入,得:

x1+

p+40
4
=3p,y1-p=0

与(3)联立,三个方程,x1,y1,p三个未知数,可解

解得:p=4

故抛物线的方程为y2=16x.

(2)设点M(a,b)  P(x4,y4)  Q(x5,y5

①当直线L的斜率不存在时   即  x4=x5=a   且 a>0

则:令  y4=4

a
,y5=-4
a

∵∠POQ=90°∵

OQ
=(a,-4
a
OP
=(a,4
a

OQ
OP
=a2-16a=0

解得:a=16   或  a=0(舍去)

②当直线L的斜率存在时  设斜率为k    则   直线L的方程为:

y-b=k(x-a)   (k≠0)

∴联立方程:

y-b=k(x-a)
y2=16x

消去x 得:ky2-16y+16b-16ka=0

∴y4+y5=

16
k
,y4×y5=
16b-16ka
k

∴x4×x5=

(ka-b)2
k2

∵∠POQ=90°

OQ
OP
=x4×x5+y4×y5=
16b-16ka
k
+
(ka-b)2
k2
=0

即:k2(a2-16a)+k(16b-2ab)+b2=0对任意的k≠0都恒成立

∴有方程组:

a2-16a=0
16b-2ab=0
b2=0
且a≠0

∴解得:a=16,b=0

∴点M(16,0)

综上所述:存在定点M,使得以线段PQ为直径的圆经过坐标原点,

点M的坐标为:(16,0)

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