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己知点F为抛物线C:y2=x的焦点,斜率为1的直线l交抛物线于不同两点P,Q.以F为圆心,以FP,FQ为半径作圆,分别交x轴负半轴于M,N,直线PM,QN交于点T.
(I)判断直线PM与抛物线C的位置关系,并说明理由;
(II)连接FT,FQ,FP,记S1=S△PFT,S2=S△QFT,S3=S△PQT设直线l在y轴上的截距为m,当m何值时,
S1S2S3
取得最小值,并求出取到最小值时直线l的方程.
分析:(I)设出P,Q的坐标,求出直线PM的方程,代入抛物线方程,利用判别式可得结论;
(II)将直线PQ:y=x+m代入y2=x可得y2-y+m=0,计算点F到直线PT的距离,点Q到直线PT的距离,从而可得
S1
S3
=
d1
d2
=
1+4y12
4(y1-y2)2
=
1+4y12
4(1-4m)
,同理
S2
S3
= 
1+4y22
4(1-4m)
没劲儿可得
S1S2
S3
=
16m2-8m+5
64
1-4m
,令t=
1-4m
>0
,则
S1S2
S3
=
1
64
(t3+
4
t
)=f(t)
,利用导数法,即可求出
S1S2
S3
的最小值,从而可得取到最小值时直线l的方程.
解答:解:(I)设P(x1,y1),Q(x2,y2),由题意及抛物线的定义知:M(-x1,0),N(-x2,0),
∴KMP=
y1
2x1
=
1
2y1

∴直线PM:y-y1=
1
2y1
(x-x1)
,即x-2y1y+y12=0
代入y2=x可得y2-2y1y+y12=0
∵△=4y12-4y12=0
∴直线PM与抛物线C相切;
(II)直线PQ:y=x+m代入y2=x可得y2-y+m=0
∴y1+y2=1,y1y2=m
点F到直线PT的距离d1=
|
1
4
+y12|
1+4y12
;点Q到直线PT的距离d2=
|x2-2y1y2+y12|
1+4y12
= 
(y1-y2)2
1+4y12

∴
S1
S3
=
d1
d2
=
1+4y12
4(y1-y2)2
=
1+4y12
4(1-4m)
,同理
S2
S3
= 
1+4y22
4(1-4m)

又直线PM与QN的交点T(y1y2,
y1+y2
2
)
,∴T(m,
1
2
)

∴S3=
1
2
|PQ|d=
|y1-y2||1-4m|
4

∴
S1S2
S3
=
16m2-8m+5
64
1-4m

令t=
1-4m
>0
,∴
S1S2
S3
=
1
64
(t3+
4
t
)=f(t)

∵f′(t)=
1
64
(3t2-
4
t2
)=
3t4-4
64t2

∴f(t)在(0,
4
4
3
)
上单调递减,在(
4
4
3
,+∞)
上单调递增
∴
S1S2
S3
≥ 
1
12
4
3
4
,此时m=
1
4
-
3
6
,即直线l的方程为y=x+
1
4
-
3
6

综上可知,
S1S2
S3
的最小值为
1
12
4
3
4
,取到最小值时直线l的方程为y=x+
1
4
-
3
6
.
点评:本题考查直线与抛物线的位置关系,考查三角形的面积,考查导数法求函数的最值,解题的关键是构建函数关系式,属于中档题.
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