在直角坐标系 $xOy$ 中,曲线 $C:y=\dfrac{x^2}{4}$ 与直线 $l:y=kx+a\left(a>0\right)$ 交于 $M,N$ 两点.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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当 $k=0$ 时,分别求 $C$ 在点 $M$ 和 $N$ 处的切线方程;标注答案$y=\pm\sqrt ax-a$解析该曲线可视为二次函数,利用导数解决其切线问题.当 $k=0$ 时,点 $M$、$N$ 的坐标分别为 $M \left(2\sqrt a,a\right)$,$ N\left(-2\sqrt a,a\right) $,或 $M \left(-2\sqrt a,a\right)$,$ N\left(2\sqrt a,a\right) $.
因为 $y'=\dfrac{x}{2} $,
所以 $y=\dfrac{x^2}{4}$ 在点 $ \left(2\sqrt a,a\right)$ 处切线的斜率为\[y'|_{x=2\sqrt a }=\sqrt a,\]故 $y=\dfrac{x^2}{4}$ 在点 $ \left(2\sqrt a,a\right)$ 处切线的方程为\[y-a=\sqrt a\left(x-2\sqrt a\right).\]即 $y=\sqrt ax-a$.
同理,$y=\dfrac{x^2}{4}$ 在点 $ \left(-2\sqrt a,a\right)$ 处切线的斜率为\[y'|_{x=-2\sqrt a }=-\sqrt a,\]故 $y=\dfrac{x^2}{4}$ 在点 $ \left(-2\sqrt a,a\right)$ 处切线的方程为\[y-a=-\sqrt a\left(x+2\sqrt a\right).\]即 $y=-\sqrt ax-a$.
故所求的切线方程为 $y=\pm\sqrt ax-a$. -
$y$ 轴上是否存在点 $P$,使得当 $k$ 变动时,总有 $\angle OPM=\angle OPN$?说明理由.标注答案存在,点 $P$ 的坐标为 $\left(0,-a\right)$.解析本题中角度问题利用直线的斜率进行转化,结合韦达定理来进行分析.假设存在点 $ P $ 使得 $\angle OPM=\angle OPN$,则直线 $OM$ 与直线 $ON$ 关于 $y$ 轴对称,即\[k_{MP}+k_{NP}=0 .\]设 $M\left(m,\dfrac{m^2}{4}\right)$,$N\left(n,\dfrac{n^2}{4}\right)$,$P\left(0,y_0\right) $.
联立直线 $l:y=kx+a\left(a>0\right)$ 与抛物线方程\[\begin{cases}y=kx+a,\\y=\dfrac{x^2}{4},\end{cases} \]整理得\[x^2-4kx-4a=0,\]于是\[ \begin{cases}m+n=4k,\\ mn=-4a . \end{cases}\]此时直线 $MP$ 的斜率\[\begin{split}k_{MP}&=\dfrac{\dfrac{m^2}{4}-y_0}{m-0}\\&=\dfrac m4-\dfrac {y_0}{m} . \end{split}\]同理直线 $NP$ 的斜率\[k_{NP}= \dfrac n4-\dfrac {y_0}{n} , \]所以这两条直线的斜率之和\[ \begin{split}k_{MP}+k_{NP}&=\dfrac{m+n}{4}-\dfrac{y_{0}\left(m+n\right)}{mn}\\&=\dfrac{4k}{4}-\dfrac{y_0\cdot 4k}{-4a}\\&=\dfrac{k\left(a+y_0\right)}{a} ,\end{split} \]令 $\dfrac{k\left(a+y_0\right)}{a} =0 $,解得 $ y_0=-a $,
所以当点 $ P $ 取 $ \left(0,-a\right) $ 时,$\angle OPM=\angle OPN$,与 $k$ 的取值无关.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2