问题 解答题

已知过点P(0,-1)的直线l与抛物线x2=4y相交于A(x1,y1)、B(x2,y2)两点,l1、l2分别是抛物线x2=4y在A、B两点处的切线,M、N分别是l1、l2与直线y=-1的交点.

(1)求直线l的斜率的取值范围;

(2)试比较|PM|与|PN|的大小,并说明理由.

答案

(1)依题意,直线l的斜率存在,设直线l的方程为y=kx-1.

由方程

y=kx-1
x2=4y.
,消去y得x2-4kx+4=0.     ①

∵直线l与抛物线x2=4y相交于A,B两点,

∴△=16k2-16>0,解得k>1或k<-1.

故直线l斜率的取值范围为(-∞,-1)∪(1,+∞).

(2)可以断定|PM|=|PN|.

解法1:∵x1,x2是方程①的两实根,

x1+x2=4k
x1x2=4.
,∴x1≠0,x2≠0.

y=

1
4
x2,∴y′=
1
2
x

y1=

1
4
x21
,∴切线l1的方程为y=
1
2
x1(x-x1)+
1
4
x12

令y=-1,得点M的坐标为(

x12-4
2x1
,-1).

|PM|=|

x12-4
2x1
|.

同理,可得|PN|=|

x22-4
2x2
|.

|PM|
|PN|
=|
x12-4
2x1
2x2
x22-4
|=|
x12x2-4x2
x1x22-4x1
|=|
4x1-4x2
4x2-4x1
|=1(x1≠x2).

故|PM|=|PN|.

解法2:∵x1,x2是方程①的两实根,

x1+x2=4k
x1x2=4.
,∴x1≠0,x2≠0.

y=

1
4
x2,∴y′=
1
2
x

y1=

1
4
x21

∴切线l1的方程为y=

1
2
x1(x-x1)+
1
4
x12

令y=-1,得点M的坐标为(

x12-4
2x1
,-1).

同理可得点N的坐标为(

x22-4
2x2
,-1).

x12-4
2x1
+
x22-4
2x2
=
(x1+x2)(x1x2-4)
2x1x2
=0.

∴点P是线段MN的中点.

故|PM|=|PN|.

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