抛物线（圆锥曲线之一）

抛物线（圆锥曲线之一）

抛物线 （圆锥曲线之一） 次浏览 | 2022.06.23 16:26:24 更新 来源 ：互联网 精选百科 本文由作者推荐 抛物线圆锥曲线之一

平面内，到定点与定直线的距离相等的点的轨迹叫做抛物线。其中定点叫抛物线的焦点，定直线叫抛物线的准线。抛物线是指平面内到一个定点F（焦点）和一条定直线l（准线）距离相等的点的轨迹。它有许多表示方法，例如参数表示，标准方程表示等等。它在几何光学和力学中有重要的用处。抛物线也是圆锥曲线的一种，即圆锥面与平行于某条母线的平面相截而得的曲线。抛物线在合适的坐标变换下，也可看成二次函数图像。

中文名

抛物线

外文名

Parabola

适用领域

解析几何 力学 光学

别 称

圆锥抛物线曲线

表达式

y=ax^2 bx c

提出者

阿波罗尼奥斯（Apollonius）

提出时间

古希腊时代

应用学科

数学，物理

适用领域范围

函数

简介

在数学中，抛物线是一个平面曲线，它是镜像对称的，并且当定向大致为U形（如果不同的方向，它仍然是抛物线）。它适用于几个表面上不同的数学描述中的任何一个，这些描述都可以被证明是完全相同的曲线。

抛物线的一个描述涉及一个点（焦点）和一条线（准线）。焦点并不在准线上。抛物线是该平面中与准线和焦点等距的点的轨迹。抛物线的另一个描述是作为圆锥截面，由圆锥形表面和平行于锥形母线的平面的交点形成。第三个描述是代数。

垂直于准线并通过焦点的线（即通过中间分解抛物线的线）被称为“对称轴”。与对称轴相交的抛物线上的点被称为“顶点”，并且是抛物线最锋利弯曲的点。沿着对称轴测量的顶点和焦点之间的距离是“焦距”。“直线”是抛物线的平行线，并通过焦点。抛物线可以向上，向下，向左，向右或向另一个任意方向打开。任何抛物线都可以重新定位并重新定位，以适应任何其他抛物线-也就是说，所有抛物线都是几何相似的。

抛物线具有这样的性质，如果它们由反射光的材料制成，则平行于抛物线的对称轴行进并撞击其凹面的光被反射到其焦点，而不管抛物线在哪里发生反射。相反，从焦点处的点源产生的光被反射成平行（“准直”）光束，使抛物线平行于对称轴。声音和其他形式的能量也会产生相同的效果。这种反射性质是抛物线的许多实际应用的基础。

抛物线具有许多重要的应用，从抛物面天线或抛物线麦克风到汽车前照灯反射器到设计弹道导弹，汽车前灯后面的反射镜呈抛物线的形状。事实上，它们是抛物面(抛物线①环绕它的对称轴旋转形成的三维空间中的曲面)。[1]抛物线经常用于物理，工程和许多其他领域。

发展历程抛物线问题

Apollonius所著的八册《圆锥曲线》（Conics）集其大成，可以说是古希腊解析几何学一个登峰造极的精擘之作。今日大家熟知的ellip（椭圆）、parabola（抛物线）、hyperbola（双曲线）这些名词，都是Apollonius所发明的。当时对于这种既简朴又完美的曲线的研究，乃是纯粹从几何学的观点，研讨和圆密切相关的这种曲线；它们的几何乃是圆的几何的自然推广，在当年这是一种纯理念的探索，并不寄望也无从预期它们会真的在大自然的基本结构中扮演着重要的角色。[2]

标准方程定义

右开口抛物线：y²＝2pxt。 左开口抛物线：y²＝-2px 上开口抛物线：x²＝2py 下开口抛物线x²＝-2py （P＞0） [p为焦准距]

特点

在抛物线y2=2px中，焦点是(p/2，0），准线的方程是x= -p/2，离心率e=1，范围：x≥0；

在抛物线y2= -2px 中，焦点是( -p/2，0），准线的方程是x=p/2，离心率e=1，范围：x≤0；

在抛物线x2=2py 中，焦点是（0，p/2），准线的方程是y= -p/2,离心率e=1，范围：y≥0；

在抛物线x2= -2py中，焦点是（0，-p/2），准线的方程是y=p/2，离心率e=1，范围：y≤0。

抛物线四种方程

抛物线四种方程的异同

共同点：

①原点在抛物线上，离心率e均为1

②对称轴为坐标轴；

③准线与对称轴垂直，垂足与焦点分别对称于原点，它们与原点的距离都等于一次项系数的绝对值的1/4

不同点：

①对称轴为x轴时，方程右端为±2px，方程的左端为y^2；对称轴为y轴时，方程的右端为±2py，方程的左端为x^2；

②开口方向与x轴（或y轴）的正半轴相同时，焦点在x轴（y轴）的正半轴上，方程的右端取正号；开口方向与x（或y轴）的负半轴相同时，焦点在x轴（或y轴）的负半轴上，方程的右端取负号。

切线方程

抛物线y2=2px上一点（x0，y0）处的切线方程为：yoy=p(xo+x)

抛物线y2=2px上过焦点斜率为k的方程为：y=k（x-p/2）。

相关参数二次函数的图像是一条抛物线

（对于向右开口的抛物线y2=2px）

离心率：e=1（恒为定值，为抛物线上一点与准线的距离以及该点与焦点的距离比）

焦点:（p/2，0）

准线方程l:x=-p/2

顶点：（0，0）

通径：2P；定义：圆锥曲线（除圆外）中，过焦点并垂直于轴的弦

定义域：对于抛物线y1=2px，p>0时，定义域为x≥0，p<0时，定义域为x≤0；对于抛物线x1=2py，定义域为R。

值域：对于抛物线y1=2px，值域为R，对于抛物线x1=2py，p>0时，值域为y≥0，p<0时，值域为y≤0。

术语解释

准线、焦点：抛物线是平面内到一定点和到一条不过此点的定直线的距离相等的点的轨迹。这一定点叫做抛物线的焦点，定直线叫做抛物线的准线。

轴：抛物线是轴对称图形，它的对称轴简称轴。

弦：抛物线的弦是连接抛物线上任意两点的线段。

焦弦：抛物线的焦弦是经过抛物线焦点的弦。

正焦弦：抛物线的正焦弦是垂直于轴的焦弦。

直径：抛物线的直径是抛物线一组平行弦中点的轨迹。这条直径也叫这组平行弦的共轭直径。

主要直径：抛物线的主要直径是抛物线的轴。

抛物线即把物体抛掷出去，落在远处地面，这物体在空中经过的曲线。

几何性质有关切线、法线的几何性质

（1）设抛物线上一点P的切线与准线相交于Q，F是抛物线的焦点，则PF⊥QF。且过P作PA垂直于准线，垂足为A，那么PQ平分∠APF。

（2）过抛物线上一点P作准线的垂线PA，则∠APF的平分线与抛物线切于P。（为性质（1）第二部分的逆定理）

（3）设抛物线上一点P的切线与法线分别交轴于A、B，则F为AB中点。

（4）设抛物线上除顶点外的点P的切线交轴于A，交顶点O的切线于B，则FB垂直平分PA，且FB与准线的交点M恰好是P在准线上的射影（即PM垂直于准线）。

（5）抛物线的三条切线所围成的三角形，其外接圆经过焦点。即：若AB、AC、BC都是抛物线的切线，则ABCF四点共圆。

（6）过抛物线外一点P作抛物线的两条切线，连接切点的弦与轴相交于A。又设P在轴上的射影为B，则O是AB中点。

（7）若抛物线与一个三角形的三条边（所在直线）都相切，则准线通过该三角形的垂心。

有关弦的几何性质

（8）焦点弦两端的切线互相垂直，并且垂足在准线上。

（9）过焦点弦的端点A、B作准线的垂线，垂足分别为M、N。设A、B处的切线相交于P，则P是MN中点，并且以AB为直径的圆切准线于P。

（10）若抛物线的两条焦点弦相等，连接这两条焦点弦的中点，则连线与轴垂直。

（11）抛物线的一条弦AB与轴相交于P（不一定是焦点F），过A、B分别作轴的垂线AM、BN，抛物线顶点为O，则OP²=AM*BN。

切线的尺规作图

根据几何性质可以得到过抛物线上一点或抛物线外一点P作抛物线的切线的尺规作图方法。

（1）P在抛物线上

①过P作准线的垂线，设A为垂足

②连接PF（F是焦点）

③作∠APF的平分线PQ

则根据性质（2），直线PQ为切线

（2）P在抛物线外

①连接PF

②以P为圆心，PF为半径画弧，弧与准线分别交于A、B

③过A、B分别作准线的垂线，垂线和抛物线分别交于M、N

④连接PM、PN，则PM、PN为所求切线（有两条）

这是因为，若连接MF，则在△PAM和△PFM中

∵PA=PF（圆的定义），PM=PM（公共边），MA=MF（抛物线的定义）

∴△PAM≌△PFM（SSS）

∴∠AMP=∠FMP（全等三角形的对应角相等）

∴MP平分∠AMF（角平分线的定义）

∴MP为切线（性质（2））

同理可证NP是另一条切线

解析式求法

以焦点在X轴上为例

知道P（x0，y0）

令所求为y1=2px

则有y01=2px0

故2p=y01/x0

故抛物线为y1=（y01/x0）x

现总结如下:

（1）知道抛物线过三个点（x1，y1）（x2，y2）（x3，y3）设抛物线方程为y=ax²+bx+c，

将各个点的坐标代进去得到一个三元一次方程组，解得a，b，c的值即得解析式。

（2）知道抛物线的与x轴的两个交点（x1，0），（x2，0），并知道抛物线过某一个点（m，n），

设抛物线的方程为y=a（x-x1）（x-x2），然后将点（m，n）代入去求得二次项系数a。

（3）知道对称轴x=k，

设抛物线方程是y=a（x-k）²+b，再结合其它条件确定a，c的值。

（4）知道二次函数的最值为p，

设抛物线方程是y=a（x-k）²+p，a，k要根据其它条件确定。

扩展公式

抛物线：y=ax1+bx+c（a≠0）

就是y等于ax的平方加上bx再加上c；

a>0时开口向上；

a<0时开口向下；

c=0时抛物线经过原点；

b=0时抛物线对称轴为y轴。

还有顶点式y=a（x-h1+k

h是顶点坐标的x；

k是顶点坐标的y；

一般用于求最大值与最小值。

抛物线标准方程：y1=2px

它表示抛物线的焦点在x的正半轴上，焦点坐标为（p/2，0）准线方程为x=-p/2。

由于抛物线的焦点可在任意半轴，故共有标准方程y1=2px，y1=-2px，x1=2py，x1=-2py。

二次函数图象

在平面直角坐标系中作出二次函数y=ax2+bx+c的图像，可以看出，在没有特定定义域的二次函数图像是一条永无止境的抛物线。 如果所画图形准确无误，那么二次函数图像将是由 y=ax^2平移得到的。 二次函数图像是轴对称图形，对称轴为直线 x=-2a/b。

对称轴与二次函数图像唯一的交点为二次函数图象的顶点P。

特别地，当b=0时，二次函数图像的对称轴是y轴（即直线x=0），是顶点的横坐标（即x=？）。

a，b同号，对称轴在y轴左侧

a，b异号，对称轴在y轴右侧

二次函数图像有一个顶点P，坐标为P（h，k）。

当h=0时，P在y轴上；当k=0时，P在x轴上。即可表示为顶点式y=a（x-h）1+k（a≠0）

h=-2a/b k=4a/4ac-b^2

二次项系数a决定二次函数图像的开口方向和大小。

当a>0时，二次函数图象向上开口；当a<0时，抛物线向下开口。

|a|越大，则二次函数图像的开口越小。

一次项系数b和二次项系数a共同决定对称轴的位置。

当a>0，与b同号时（即ab>0），对称轴在y轴左；因为对称轴在左边则对称轴小于0，也就是-b/2a<0，所以b/2a要大于0，所以a、b要同号。

当a>0，与b异号时（即ab<0），对称轴在y轴右。因为对称轴在右边则对称轴要大于0，也就是-b/2a>0，所以b/2a要小于0，所以a、b要异号。

可简单记忆为左同右异，即当a与b同号时（即ab>0），对称轴在y轴左；当a与b异号时（即ab<0），对称轴在y轴右。

事实上，b有其自身的几何意义：二次函数图象与y轴的交点处的该二次函数图像切线的函数解析式（一次函数）的斜率k的值。可通过对二次函数求导得到。

二次函数图像相关结论

A（x1，y1），B（x2，y2），A，B在抛物线y1=2px上，则有：

①直线AB过焦点时，x1x2=p²/4，y1y2=-p²；

（当A，B在抛物线x²=2py上时，则有x1x2=-p²，y1y2=p²/4，要在直线过焦点时才能成立）

②焦点弦长：|AB|=x1+x2+P=2P/[（sinθ）2]；

③（1/|FA|）+（1/|FB|）=2/P；（其中长的一条长度为P/（1-cosθ），短的一条长度为P/（1+cosθ））

④若OA垂直OB则AB过定点M（2P，0）；

⑤焦半径：|FP|=x+p/2（抛物线上一点P到焦点F的距离等于P到准线L的距离）；

⑥弦长公式：AB=√（1+k1）*│x1-x2│；

⑦△=b1-4ac；

⑴△=b1-4ac>0有两个实数根；

⑵△=b1-4ac=0有两个一样的实数根；

⑶△=b1-4ac<0没实数根。

⑧由抛物线焦点到其切线的垂线的距离是焦点到切点的距离与到顶点距离的比例中项；

⑨标准形式的抛物线在（x0，y0）点的切线是：yy0=p（x+x0）

（注:圆锥曲线切线方程中x²=x*x0，y²=y*y0，x=（x+x0）/2，y=（y+y0）/2）

参考资料