问题 解答题

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.

答案

(I)设抛物线S的方程为y2=2px.(1分)

4x+y-20=0
y2=2px
可得2y2+py-20p=0.(3分)

由△>0,有p>0,或p<-160.

设B(x1,y1),C(x2,y2),则y1+y2=-

p
2

x1+x2=(5-

y1
4
)+(5-
y2
4
)=10-
y1+y2
4
=10+
p
8
.(5分)

设A(x3,y3),由△ABC的重心为F(

p
2
,0),则
x1+x2+x3
3
=
p
2
y1+y2+y3
3
=0

x3=

11p
8
-10,y3=
p
2
.(6分)

∵点A在抛物线S上,

(

p
2
)2=2p(
11p
8
-10),

∴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
yQ
xQ
=-1,

∴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=

yP2yQ2
162
=
b2
k2

b2
k2
+
16b
k
=0.

∵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.

y2=16x
y=x
y2=16x
y=-x
得到P(16,16),Q(16,-16),

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)

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