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直线 l:y=x−4 交抛物线 Γ:y2=2px(p>0) 于 A,B 两点,|AB|=62. C,D 是位于 y 轴和直线 l 之间的抛物线 Γ 上两点,连接 BC,CD,AD.

  1. 求抛物线 Γ 的标准方程;
  2. 求四边形 ABCD 的面积 S 的最大值,以及 S 取得最大值时直线 CD 的方程.
解

  1. 联立 l,Γ: y2−2py−8p=0.
    从而由韦达定理,62=(x1−x2)2+(y1−y2)2=2(y1+y2)2−2y1y2=2(4p2+32p).
    从而 p=1, Γ:y2=2x.
  2. 固定 C,则要使 S 最大,需要 SΔADC 最大,也即 D 距离 AC 最远,也即 D 处抛物线的切线平行 AC. 根据地位的对称性,断言 S 最大时 C 处的切线也平行 BD. 将 p=1 代入1中的联立式,解出 A(8,4),B(2,−2). 设 C(2t12,2t1),D(2t22,2t2), 则上述关系等价于{(2t1,1)//(2−2t22,−2−2t2)⇒2t1(−1−t2)=1−t22,(2t2,1)//(8−2t12,4−2t1)⇒2t2(2−t1)=4−t12.
    当 t2=−1, yD=−2=yB, 舍去;同理 t1≠2. 故消去公因式后得 2t1=t2−1, {2t1=t2−1,2t2=2+t1⇒{t1=0,t2=1.
    故 C(0,0),D(2,2) , 也即此时 lCD:y=x. 下面来计算 S 的值. 由于 C(0,0),D(2,2),B(2,−2), 故等腰直角三角形 CBD 的面积是 4. 而 D(2,2),B(2,−2),A(8,4),BD⊥x 轴, 故三角形 ABD 的面积是 12, 从而 Smax=16.