已知 $F$ 为抛物线 $C:y^2=4x$ 的焦点,过 $F$ 作两条互相垂直的直线 $l_1$,$l_2$,直线 $l_1$ 与 $C$ 交于 $A$、$B$ 两点,直线 $l_2$ 与 $C$ 交于 $D$、$E$ 两点,则 $|AB|+|DE|$ 的最小值为  \((\qquad)\)
A: $16$
B: $14$
C: $12$
D: $10$
【难度】
【出处】
2017年高考全国乙卷(理)
【标注】
  • 知识点
    >
    解析几何
    >
    抛物线
    >
    抛物线的定义
  • 知识点
    >
    解析几何
    >
    抛物线
    >
    抛物线的性质
  • 知识点
    >
    解析几何
    >
    抛物线
    >
    抛物线的方程
    >
    抛物线的标准方程
  • 知识点
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    解析几何
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    抛物线
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    抛物线的几何量
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    抛物线的焦点弦长公式
  • 知识点
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    解析几何
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    直线与圆锥曲线
    >
    联立及韦达定理
  • 知识点
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    不等式
    >
    常用不等式
    >
    均值不等式
  • 题型
    >
    解析几何
【答案】
A
【解析】
法一:设直线 $l_1$ 的倾斜角为 $\alpha$,则$|AB|=\dfrac{2p}{\sin^2\alpha}$,$|DE|=\dfrac{2p}{\sin^2\left(\alpha -\dfrac{\pi}{2}\right)}=\dfrac{2p}{\cos ^2\alpha}$,所以\[\begin{split}|AB|+|DE|&=\dfrac{2p}{\sin^2\alpha}+\dfrac{2p}{\cos^2\alpha}\\&=4\left(\dfrac 1{\sin^2\alpha}+\dfrac 1{\cos^2\alpha}\right)\\&=4\left(2+\dfrac{\sin^2\alpha}{\cos^2\alpha}+\dfrac{\cos^2\alpha}{\sin ^2\alpha}\right)\\&\overset{[a]}\geqslant 4\cdot (2+2)=16,\end{split}\](其中 $[a]$:)
当且仅当 $|\sin \alpha|=|\cos \alpha|$,即 $\alpha=\dfrac {\pi}{4}$ 或 $\dfrac{3\pi}{4}$ 时,取得最小值 $16$.
法二:设 $A(x_1,y_1)$,$B(x_2,y_2)$,$D(x_3,y_3)$,$E(x_4,y_4)$,设直线 $l_1$ 的方程为 $y=k(x-1)$,与抛物线方程联立得$$k^2x^2-(2k^2+4)x+k^2=0,$$所以 $x_1+x_2=\dfrac{2k^2+4}{k^2}$,
同理由 $l_1$ 与 $l_2$ 垂直可知,直线 $l_2$ 与抛物线的交点满足 $x_3+x_4=\dfrac{2\cdot \left(-\dfrac 1k\right)^2+4}{\left(-\dfrac 1k\right)^2}$.
所以由抛物线定义可知\[\begin{split}|AB|+|DE|&=x_1+x_2+x_3+x_4+2p\\&=\dfrac{2k^2+4}{k^2}+\dfrac{2\cdot \left(-\dfrac 1k\right)^2+4}{\left(-\dfrac 1k\right)^2}+4\\&=4k^2+\dfrac 4{k^2}+8\\&\overset{[b]}\geqslant 2\sqrt{4k^2\cdot \dfrac 4{k^2}}+8=16,\end{split}\](其中 $[b]$:)
当且仅当 $4k^2=\dfrac 4{k^2}$,即 $k=\pm 1$ 时,取得等号.
题目 答案 解析 备注
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