选择性必修 第一册 ·北师大版
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15 抛物线及其标准方程

免费读1259字2024-07-21

  老师:同学们大家好,我是鹰潭市渝江区第一中学的数学教师熊璐,很高兴今天和同学们一起来学习第二章第三节的内容。抛物线及其标准方程。在日常生活中,斜抛物体随处可见。斜抛物体在没有空气阻力的情况下,其运动轨迹是抛物线,例如铅球的运动轨迹。很多拱桥、雷达的天线也都是利用抛物线的原理制成的。那么具有怎样几何特征的曲线是抛物线?为了探究这一问题,决定做出抛物线,结合图像研究其性质。

  老师:如图,首先,我们将一把直尺固定在画板上,再取一个直角三角板领齐的一条直角边,紧靠在直尺的边缘,记作直线l。然后取一个与直角三角板的另外一条直角边a、b等长的绳子,将绳子的一端固定在点a,另一端固定在点f处。接下来用铅笔尖扣紧绳子并靠住三角板,将三角板沿着直尺上下滑动,可以发现铅笔尖就在画板上描出了一段曲线,即点p的轨迹。

  老师:观察铅笔尖随着三角板的移动过程,可以发现点p到定点f的距离等于PB的长度,即说明点p到定点f的距离与到定值线l的距离是相等的。于是我们把具有这样特征的曲线做出如下定义,即得到抛物线的定义,平面内于定点f和一条定值。

  老师:先ll不经过f的距离相等的点的集合或轨迹,我们把它称为抛物线,我们把这个定点f称为抛物线的交点,把这条定直线l称为抛物线的准线。接下来请同学们类比椭圆双曲线标准方程的建立过程,思考如何建立平面直角坐标系,可以使抛物线的标准方程简单。结合抛物线的几何特征,我们取经过焦点f,且垂直准线l的直线为x轴,x轴会与准线l交于点k,以线段kf的垂直平分线为y轴,建立如图所示的平面直角坐标系。设其中间段KF的长度为p,则焦点f的坐标为二分之p0,准线l的方程为x,等于-2分之p。在这个我们刚刚建立的平面直角坐标系的基础上,让我们一起来推导抛物线的标准方程。

  老师:我们在抛物线上任取一点m,设其坐标为xy,用小写字母d来表示点m到定直线l的距离。根据抛物线的几何特征,我们知道MF是会等于d等,因为点m的坐标为xy,点f的坐标为二分之P0。将其带入到两点的距离公式当中,从而得到MF会等于根号x减二分之p的平方加y的平方。利用点到直线的距离公式可以得到d会等于x加二分之p的绝对值。

  老师:将m,f和d带入到上述的方程当中,从而得到方程根号x减二分之p的平方加y的平方等于x,加二分之p的绝对值,将该方程左右两边同时平方并化简,最终得到方程y的平方等于二PX,其中p大于0。这就说明抛物线上任意一点的坐标都会满足方程y的平方等于rpx,其中p大于0。反之,也可以证明得到以方程y的平方等于rpx的解为坐标的点都在抛物线上。于是我们把方程y的平方等于rpx叫做抛物线的标准方程。

  老师:这条抛物线的交点位于x轴的正半轴上,其焦点坐标为二分之P0,它的准线方程为x,等于-2分之p,其中p为抛物线的交点到准线的距离。目前我们已经学习了抛物线的定义及其

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