已知抛物线 $y^2=2px$ 过定点 $C(1,2)$,在抛物线上任取不同于点 $C$ 的一点 $A$,直线 $AC$ 与直线 $y=x+3$ 交于点 $P$,过点 $P$ 作 $x$ 轴的平行线交抛物线于点 $B$.
【难度】
【出处】
2016年全国高中数学联赛四川省预赛
【标注】
  1. 求证:直线 $AB$ 过定点;
    标注
    答案
    解析
    方法一由抛物线 $y^2=2px$ 过定点 $C(1,2)$,可得抛物线方程为 $y^2=4x$.
    设点 $A$ 的坐标为 $\left(\dfrac{y_0^2}4,y_0\right)(y_0\ne 2)$,则直线 $AC$ 的方程为\[y-2=\dfrac{y_0-2}{\dfrac{y_0^2}4-1}(x-1),\]即 $y-2=\dfrac 4{y_0+2}(x-1)$,与 $y=x+3$ 联立,解得 $P$ 点坐标为 $\left(\dfrac{-y_0-6}{y_0-2},\dfrac{2y_0-12}{y_0-2}\right)$.
    所以 $B$ 点坐标为 $\left(\dfrac{(y_0-6)^2}{(y_0-2)^2},\dfrac{2y_0-12}{y_0-2}\right)$.
    当 $y_0^2=12$ 时,$A$ 坐标为 $(3,y_0)$,$B$ 点坐标为 $\left(3,\dfrac{2y_0-12}{y_0-2}\right)$,直线 $AB$ 过定点 $Q(3,2)$.
    当 $y_0^2 \ne 12$ 时,$\dfrac{y_0^2}4 \ne \dfrac{(y_0-6)^2}{(y_0-2)^2}$,直线 $AB$ 的方程为\[y-y_0=\dfrac{y_0-\dfrac{2y_0-12}{y_0-2}}{\dfrac{y_0^2}4-\dfrac{(y_0-6)^2}{(y_0-2)^2}}\left(x-\dfrac{y_0^2}4\right),\]化简得,\[y-y_0=\dfrac{(y_0-2)}{y_0^2-12}(4x-y_0^2)\text{或}:y-y_0=\dfrac{(y_0-2)}{\dfrac{y_0^2}4-3}\left(x-\dfrac{y_0^2}4\right),\]易得,直线 $AB$ 也过定点 $Q(3,2)$.
    方法二 由抛物线 $y^2=2px$ 过定点 $C(1,2)$,可得抛物线方程为 $y^2=4x$.设直线 $AB$ 的方程为 $x=my+a$,与抛物线方程联立得,\[y^2-4my-4a=0.\]设 $A(x_1,y_1),B(x_2,y_2)$,则\[y_1+y_2=4m,y_1y_2=-4a.\]$P$ 点坐标为 $B(y_2-3,y_2)$,因为 $AP$ 过定点 $C$,所以$$\dfrac{y_2-2}{y_2-3-1}=\dfrac{y_1-2}{x_1-1},$$又 $x_1=my_1+a$,所以\[(m-1)y_1y_2-(2m-4)y_1+(a+1)y_2-2a-6=0.\]将 $y_1y_2=-4a,y_2=4m-y_1$ 代入上式,得\[(-2m+3-a)y_1+(2a+4m-6)=0,\]即\[(-2m+3-a)(y_1-2)=0.\]因此式对任意 $y_1 \ne 2$ 都成立,所以 $-2m+3-a=0$,即 $3=2m+a$.
    所以直线 $x=my+a$ 过定点 $Q(3,2)$.
  2. 求 $\triangle ABC$ 面积的最小值.
    标注
    答案
    $4\sqrt 2$
    解析
    由 $(1)$ 可设直线 $AB$ 的方程为 $x-3=m(y-2)$,与抛物线方程联立得\[y^2-4my+4(2m-3)=0.\]则\[y_1+y_2=4m,y_1y_2=4(2m-3),\]\[\begin{split}S_{\triangle ABC}&=\dfrac 1 2\left|CQ\right|\cdot \left|y_1-y_2\right|=\left|y_1-y_2\right|\\&=\sqrt{(y_1+y_2)^2-4y_1y_2}\\&=4\sqrt{(m-1)^2+2}.\end{split}\]所以当 $m=1$ 时,$\triangle ABC$ 面积的最小值为 $4\sqrt 2$.
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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