如图,由抛物线
y=x2+2 上的点
M(x0,y0) 向直线
y=21x 作垂线,垂足为
N,延长
MN 至
P 点,使点
N 分线段
MP 成定比
λ=NPMN=4.
(1) 用
x0,
y0 表示点
N 的坐标
(x1,y1);
(2) 用
x0,
y0 和
x1,
y1 表示点
P 的坐标
(x,y);
(3) 求:当点
M 沿抛物线移动时,点
P 的轨迹方程,并道明轨迹是什么图形.
\begin{solution}
\begin{enumerate}
\item 直线
y=21x 上的点可设为
N=(2t,t). 该直线的方向向量为
(2,1),而
MN 垂直于该直线,所以
(x0−2t,y0−t)⋅(2,1)=0. 展开得
2x0+y0−5t=0,从而
t=52x0+y0. 因此
x1=2t=54x0+2y0,
y1=t=52x0+y0.
\item 因为
M,
N,
P 依次在同一直线上,且
MN:NP=4:1,所以内分点公式给出
N=5M+4P. 解得
P=45N−M,即
x=45x1−x0,
y=45y1−y0.
\item 将第(1)问的结果代入第(2)问,得
x=43x0+2y0,
y=2x0. 又因为
M 在抛物线上,所以
y0=x02+2. 于是
x=42x02+3x0+4,并由
x0=2y 消去参数,得到
x=2y2+23y+1=2(y+83)2+3223
由于
x0 可以取任意实数,
y=2x0 也可以取任意实数,所以轨迹是完整的抛物线
x=2(y+83)2+3223. 它的顶点为
(3223,−83),对称轴为
y=−83,开口方向为
x 轴正向.
\end{enumerate}
\end{solution}