已知抛物线C:x^2 =2py(p > 0)的焦点为F,且F与圆M:x^2 + (y+4)^2 =1上点的距离的最小值为4。(1)求p。(2)若点P在M上,PA、PB是C的两条切线,A、B是切点,求triangle PAB面积的最大值。
已知抛物线$$C$$:$$x^2 =2py$$($$p > 0$$)的焦点为$$F$$,且$$F$$与圆$$M$$:$$x^2 + (y+4)^2 =1$$上点的距离的最小值为$$4$$。
(1)求$$p$$。
(2)若点$$P$$在$$M$$上,$$PA$$、$$PB$$是$$C$$的两条切线,$$A$$、$$B$$是切点,求$$\triangle PAB$$面积的最大值。
题目解答
答案
(1)由题意$$M(0, -4)$$,$$F(0, {p\over 2})$$,$$r =1$$,$$|MF| -r = 4$$,
所以$${p\over 2} + 4= 5$$,
所以$$p = 2$$。
(2)由(1)可得$$C$$的方程为$$x^2= 4y$$,
因为点$$P$$在圆$$M$$:$$x^2 + (y+4)^2 =1$$上,
所以设$$P(\cos\theta, \sin \theta -4)$$,
由题意,过点$$P$$的$$C$$的切线的斜率存在,故设切线的方程为$$y = k(x-\cos\theta) + \sin\theta -4$$,
联立$$\left\{\eqalign{&x^2 =4y \cr&y = k(x-\cos\theta) + \sin\theta -4\cr}\right. $$得到$$x^2 -4kx + 4k\cos\theta -4\sin\theta + 16 =0$$,
所以$$\Delta = 16k^2 -4(4k\cos\theta -4\sin\theta + 16) = 0$$,
所以$$k^2 - k\cos\theta+ \sin\theta -4 = 0$$,
设直线$$PA$$的斜率为$$k_1$$,直线$$PB$$的斜率为$$k_2$$,
所以$$k_1 + k_2 = \cos\theta$$,$$k_1k_2 = \sin\theta -4$$,
所以$$P(k_1 + k_2, k_1k_2)$$,
对于方程$$x^2 -4kx + 4k\cos\theta -4\sin\theta + 16 =0$$,根据其有两个相等的实根可得:$$2x_A = 4k_1$$,$$2x_B =4k_2$$,
所以$$x_A =2k_1$$,$$x_B =2k_2$$,
所以$$A(2k_1, k_1^2)$$,$$B(2k_2, k_2^2)$$,
所以$$k_{AB} = {k_2^2 -k_1^2\over 2k_2 -2k_1} = {k_1 + k_2\over 2}$$,
所以直线$$AB$$的方程为$$y = {k_1 +k_2\over 2}(x- 2k_1) + k_1^2$$,
设点$$P(k_1 + k_2, k_1k_2)$$到$$AB$$的距离为$$d$$,
所以$$d = {\left|\displaystyle{k_1 + k_2\over 2} (k_1 + k_2 -2k_1) + k_1^2 -k_1k_2\right|\over \sqrt{1 + (\displaystyle{k_1 + k_2\over 2})^2}}$$
$$= {\displaystyle{(k_2-k_1)^2\over 2}\over \sqrt{1+ \displaystyle{\cos^2\theta\over 4}}}$$
$$= {(k_1-k_2)^2\over \sqrt{\cos^2\theta + 4}}$$,
因为$$|AB| = \sqrt{(k_2^2-k_1^2)^2 + (2k_2-2k_1)^2}$$
$$=\sqrt{(k_1+k_2)^2+4}|k_2-k_1|$$
$$=\sqrt{\cos^2\theta + 4}|k_2-k_1|$$,
所以$$S_{\triangle PAB} = {1\over 2}|AB|\cdot d $$$$= {|k_2-k_1|^3\over 2}$$,
因为$$|k_2-k_1| = \sqrt{(k_1 + k_2)^2 -4k_1k_2}$$
$$= \sqrt{\cos^2\theta -4(\sin\theta -4)}$$
$$=\sqrt{-\sin^2\theta -4\sin\theta + 17}$$
$$=\sqrt{-(\sin\theta + 2)^2 + 21}$$,
所以当$$\sin\theta = -1$$时,$$|k_2-k_1|$$取得最大值$$2\sqrt5$$,
所以$$(S_{\triangle PAB})_{\max}= {(2\sqrt5)^3\over 2} = 20\sqrt5$$,
即$$\triangle PAB$$面积的最大值为$$20\sqrt5$$。