已知抛物线S的顶点在坐标原点,焦点在x轴上,△ABC的三个顶点都在抛物线上,且△ABC的重心为抛物线的焦点,若BC所在直线l的方程为4x+y-20=0.
(I)求抛物线S的方程;
(II)若O是坐标原点,P、Q是抛物线S上的两动点,且满足PO⊥OQ.试说明动直线PQ是否过一个定点.
(I)设抛物线S的方程为y2=2px.(1分)
由
可得2y2+py-20p=0.(3分)4x+y-20=0 y2=2px
由△>0,有p>0,或p<-160.
设B(x1,y1),C(x2,y2),则y1+y2=-
,p 2
∴x1+x2=(5-
)+(5-y1 4
)=10-y2 4
=10+y1+y2 4
.(5分)p 8
设A(x3,y3),由△ABC的重心为F(
,0),则p 2
=x1+x2+x3 3
,p 2
=0,y1+y2+y3 3
∴x3=
-10,y3=11p 8
.(6分)p 2
∵点A在抛物线S上,
∴(
)2=2p(p 2
-10),11p 8
∴p=8.(7分)
∴抛物线S的方程为y2=16x.(8分)
(II)当动直线PQ的斜率存在时,
设动直线PQ方程为y=kx+b,显然k≠0,b≠0.(9分)
∵PO⊥OQ,
∴kOP•kOQ=-1.
设P(xP,yP)Q(xQ,yQ)
∴
•yP xP
=-1,yQ xQ
∴xPxQ+yPyQ=0.(10分)
将y=kx+b代入抛物线方程,得ky2-16y+16b=0,
∴yPyQ=
.16b k
从而xPxQ=
=yP2•yQ2 162
,b2 k2
∴
+b2 k2
=0.16b k
∵k≠0,b≠0,
∴b=-16k,
∴动直线方程为y=kx-16k=k(x-16),
此时动直线PQ过定点(16,0).(12分)
当PQ的斜率不存在时,显然PQ⊥x轴,又PO⊥OQ,
∴△POQ为等腰直角三角形.
由y2=16x y=x
得到P(16,16),Q(16,-16),y2=16x y=-x
此时直线PQ亦过点(16,0).(13分)
综上所述,动直线PQ过定点:M(16,0).(14分)