如图,已知抛物线 $C_1:y=\dfrac14x^2$,圆 $C_2:x^2+\left(y-1\right)^2=1$,过点 $P\left(t,0\right)$($t>0$)作不过原点 $O$ 的直线 $PA$,$PB$ 分别与抛物线 $C_1$ 和圆 $C_2$ 相切,$A$,$B$ 为切点.
【难度】
【出处】
2015年高考浙江卷(文)
【标注】
  1. 求点 $A$,$B$ 的坐标;
    标注
    答案
    $A\left(2t,t^2\right)$.
    $B\left(\dfrac{2t}{1+t^2},\dfrac{2t^2}{1+t^2}\right)$.
    解析
    本题把相切的条件合理地表达出来即可求解.其中抛物线的切线可以考虑直线与抛物线联立后用判别式,也可以用导数;圆的切线可以巧妙地利用点 $B$ 和点 $O$ 关于圆心对称来构造条件.由题意知直线 $PA$ 的斜率存在,故可设直线 $PA$ 的方程为 $y=k\left(x-t\right)$.
    由 $\begin{cases}
    y=k\left(x-t\right),\\
    y=\dfrac 14x^2
    \end{cases}$ 消去 $y$,整理得 $x^2-4kx+4kt=0$.
    由于直线 $PA$ 与抛物线相切,所以\[\Delta=16k^2-16kt=0,\]由题意知 $k\ne 0$,于是可得 $k=t$.
    此时,方程 $x^2-4kx+4kt=0$ 的解为\[x=2t.\]即点 $A$ 的横坐标为 $2t$,因此,点 $A$ 的坐标为\[\left(2t,t^2\right).\]设圆 $C_2$ 的圆心为 $D\left(0,1\right)$,点 $B$ 的坐标为 $\left(x_0,y_0\right)$.
    由题意知点 $B$,$O$ 关于直线 $PD$ 对称,且直线 $PD$ 的方程为\[y-1=-\dfrac 1tx.\]故 $\begin{cases}
    \dfrac{y_0}2\overset{\left[a\right]}=-\dfrac{x_0}{2t}+1,\\
    \dfrac{y_0}{x_0}\left(-\dfrac 1t\right)\overset{\left[b\right]}=-1,
    \end{cases}$(推导中用到:[a][b])解得 $\begin{cases}x_0=\dfrac{2t}{1+t^2},\\
    y_0=\dfrac{2t^2}{1+t^2},
    \end{cases}$
    因此,点 $B$ 的坐标为 $\left(\dfrac{2t}{1+t^2},\dfrac{2t^2}{1+t^2}\right)$.
  2. 求 $\triangle PAB$ 的面积.
    注:直线与抛物线有且只有一个公共点,且与抛物线的对称轴不平行,则称该直线与抛物线相切,称该公共点为切点.
    标注
    答案
    $\dfrac{t^3}2$.
    解析
    按照弦长公式和点到直线距离公式表达面积即可.由两点间距离公式得\[{\left|{AP}\right|}=\sqrt{\left(2t-t\right)^2+\left(t^2-0\right)^2}=t\cdot \sqrt{1+t^2},\]直线 $PA$ 的方程为\[tx-y-t^2=0.\]点 $B$ 到直线 $PA$ 的距离是\[d=\dfrac{t^2}{\sqrt{1+t^2}}.\]设 $\triangle PAB$ 的面积为 $S\left(t\right)$,则 $S\left(t\right)=\dfrac 12 {\left|{AP}\right|} \cdot d=\dfrac{t^3}2$.
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
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