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二次函数是数学中的重要函数类型,其标准形式为y等于ax平方加bx加c,其中a不等于零。二次函数的图像是抛物线,具有许多重要的几何性质。当a大于零时,抛物线开口向上;当a小于零时,开口向下。抛物线还具有对称轴和顶点等关键特征,这些性质为我们后续学习焦点式奠定了基础。
抛物线的焦点是其最重要的几何特征之一。根据抛物线的几何定义,抛物线上的任意一点到焦点的距离,总是等于该点到准线的距离。这个性质可以通过动画直观地看到:当点P在抛物线上移动时,无论P在哪个位置,它到焦点F的距离总是等于它到准线的垂直距离。这个几何性质是推导抛物线焦点式方程的理论基础。
现在我们来推导抛物线的焦点式方程。首先设定焦点F的坐标为零逗号四分之p,准线方程为y等于负四分之p。设抛物线上任意一点P的坐标为x逗号y。根据抛物线的几何定义,点P到焦点F的距离等于点P到准线的距离。利用距离公式,我们得到根号下x平方加y减四分之p的平方等于y加四分之p的绝对值。将等式两边平方,展开并化简后,最终得到焦点式的标准形式:x平方等于py。这就是抛物线焦点式方程的推导过程。
抛物线的焦点式有四种标准形式,对应四个不同的开口方向。第一种是x平方等于2py,其中p大于零,抛物线开口向上,焦点在y轴正半轴上。第二种是x平方等于负2py,抛物线开口向下,焦点在y轴负半轴上。第三种是y平方等于2px,抛物线开口向右,焦点在x轴正半轴上。第四种是y平方等于负2px,抛物线开口向左,焦点在x轴负半轴上。参数p的大小决定了抛物线的开口宽度,p值越大,抛物线开口越宽。
现在我们通过两个典型例题来掌握焦点式的应用。例题一:已知抛物线的焦点为F零逗号二,求抛物线方程。由于焦点在y轴正半轴上,所以抛物线开口向上,使用形式x平方等于2py。因为焦点坐标为零逗号二分之p,所以二分之p等于二,得到p等于四,因此抛物线方程为x平方等于8y。例题二:已知抛物线方程y平方等于6x,求焦点和准线。将方程写成y平方等于2乘3乘x的形式,可知p等于三,焦点坐标为二分之三逗号零,准线方程为x等于负二分之三。