2011 AMC 12B 第 14 题

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14.

一条线段经过抛物线的焦点 FF,且垂直于 FV‾\overline{FV},其中 VV 是抛物线顶点。该线段与抛物线交于 AA 与 BB。cos⁡(∠AVB)\cos(\angle AVB) 等于多少?
A segment through the focus FF of a parabola with vertex VV is perpendicular to FV‾\overline{FV} and intersects the parabola in points AA and B.B. What is cos⁡(∠AVB)?\cos(\angle AVB)?
−357-\dfrac{3\sqrt{5}}{7}
−255-\dfrac{2\sqrt{5}}{5}
−45-\dfrac{4}{5}
−35-\dfrac{3}{5}
−12-\dfrac{1}{2}
答案:D
知识点:抛物线三角恒等式勾股定理
小提示:
令 p=FVp=FV。用焦点-准线性质求 FBFB,再求 VBVB。
Let p=FV.p=FV. Use the focus-directrix property to find FBFB and then VBVB
大提示:
先求 cos⁡(∠FVB)\cos(\angle FVB),再用二倍角公式,因为 ∠AVB=2∠FVB\angle AVB=2\angle FVB。
Find cos⁡(∠FVB),\cos(\angle FVB), then ∠AVB=2∠FVB\angle AVB=2\angle FVB via the double angle formula
解答:
令 p=FVp=FV,准线为 ℓ\ell。把 FF 与 BB 投影到 ℓ\ell 上,由焦点与准线的性质可得 FB=2pFB=2p,即 BB 到 ℓ\ell 的距离。再由勾股定理,VB=FV2+FB2=p2+4p2=5 p。 \begin{aligned} VB&=\sqrt{FV^2+FB^2} \\ &=\sqrt{p^2+4p^2}=\sqrt5\,p \end{aligned}\text{。}
于是 cos⁡(∠FVB)=FVVB\cos(\angle FVB)=\dfrac{FV}{VB} =p5 p=\dfrac{p}{\sqrt5\,p} =15=\dfrac{1}{\sqrt5}。因为 ∠AVB=2∠FVB\angle AVB=2\angle FVB,所以 cos⁡(∠AVB)=2cos⁡2(∠FVB)−1=2⋅15−1=−35。 \begin{aligned} \cos(\angle AVB) &=2\cos^2(\angle FVB) \\ &\quad {}-1 \\ &=2\cdot\dfrac15-1 \\ &=-\dfrac35 \end{aligned}\text{。}
所以正确答案是 D。
Let p=FVp=FV and let the directrix be ℓ.\ell. Projecting FF and BB onto ℓ,\ell, the focus-directrix property gives FB=2pFB=2p (the distance from BB to ℓ\ell), and by the Pythagorean Theorem VB=FV2+FB2=p2+4p2=5 p. \begin{aligned} VB&=\sqrt{FV^2+FB^2} \\ &=\sqrt{p^2+4p^2}=\sqrt5\,p. \end{aligned}
Then cos⁡(∠FVB)=FVVB\cos(\angle FVB)=\dfrac{FV}{VB} =p5 p=\dfrac{p}{\sqrt5\,p} =15.=\dfrac{1}{\sqrt5}. Since ∠AVB=2∠FVB,\angle AVB=2\angle FVB, cos⁡(∠AVB)=2cos⁡2(∠FVB)−1=2⋅15−1=−35. \begin{aligned} \cos(\angle AVB) &=2\cos^2(\angle FVB) \\ &\quad {}-1 \\ &=2\cdot\dfrac15-1 \\ &=-\dfrac35. \end{aligned}
Thus, the correct answer is D.
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