冷启动:P(−1,0) 不是随手取的一个点——它就站在准线上
y2=4x 里 2p=4,于是 p=2、焦点 F(1,0)、准线 x=−1。题面给的 P(−1,0) 的横坐标恰好是 −1:
P 在准线上.
这一句是整道题的立意。从准线上的点往抛物线看过去,有两件事马上就该想到:
-
过 P 恰好有两条切线。 设 y=k(x+1) 代入 y2=4x 得 k2x2+(2k2−4)x+k2=0,Δ=0 解出 k=±1,切点是 T±(1,±2)。而
∣FT±∣=(1−1)2+(±2)2=2.
题目给的那个 2,正是切点到焦点的距离。 这不是巧合,是出题人把条件放在了边界上。
-
弦的中点 Q 必须落在抛物线内部,即 y02<4x0。这句话在四条路里各有各的说法(Δ>0、“点差法算完要验中点”、参数点互不相等),但它们是同一件事,也是本题唯一的杀手。
把 F、准线、两条切线先摆出来,答案的形状其实已经能猜到了。

解法一:原卷路线——设 x=my−1 联立,韦达 + 中点 + 距离,解出的根全被 Δ>0 挡在门外
l 过 P(−1,0),设
l: x=my−1.
代入 y2=4x:
y2=4(my−1)⟹y2−4my+4=0.
先立门槛。 有两个交点当且仅当
Δ=16m2−16>0⟺m2>1.
韦达给 y1+y2=4m,于是中点
y0=2y1+y2=2m,x0=my0−1=2m2−1,Q(2m2−1, 2m).
代 ∣FQ∣=2(F(1,0)):
(2m2−2)2+(2m)2=4⟹(m2−1)2+m2=1⟹m4−m2=0,
m2(m2−1)=0⟹m2=0 或 m2=1.
m2=0、m2=1 都不满足 m2>1。方程有解,可解都在门槛外,所以满足条件的 l 不存在。
原卷欠的两句话
一、少写了一支根。 原卷这一步写的是”化为 m2=1,解得 m=±1“——把 m2=0 那一支丢了。丢的是 m=0,即直线 x=−1(准线本身),它与 y2=4x 一个交点都没有,同样过不了 Δ>0,所以结论不受影响。但”方程只有 m2=1“这句话本身是错的,抄的人要知道(校订层已另记,不改原卷)。
二、x=my−1 换掉了一个缺口,又换来了另一个。 设成 x=my−1 而不是 y=k(x+1),好处是这一族包含竖直线(m=0),“斜率不存在”那句补充说明整个消失了。代价是它漏掉了水平线 y=0——那条线不属于 x=my−1 这一族。所幸 y=0 与 y2=4x 只交于原点一个点,不是弦,本题里不可能是答案。这句话要说出来:换参数不是把讨论省掉,是把讨论挪到了不会出事的一侧,前提是你确认过那一侧真的不会出事。
最后,m2=1 对应的 k=m1=±1——正是冷启动里那两条切线。原卷算到这里就停了,其实这两个”废根”恰好指出了答案为什么是”不存在”。
解法二:点差法——中点弦的斜率把 Q 逼上另一条抛物线 y2=2(x+1),再与 ∣FQ∣=2 的圆求交
不去解方程,直接盯住中点。设 A(x1,y1)、B(x2,y2) 都在抛物线上,两式相减:
y12−y22=4(x1−x2)⟹(y1+y2)(y1−y2)=4(x1−x2).
x1=x2 会逼出 y1=−y2、弦竖直,那条弦是 x=x1,过 P 就得 x1=−1<0,与抛物线不相交——所以 x1=x2,可以放心地写斜率:
k=x1−x2y1−y2=y1+y24=y02.
同一条弦又过 P(−1,0) 和 Q(x0,y0),所以
k=x0+1y0−0.
两式相等,交叉相乘:
y02=2(x0+1)
中点 Q 走在另一条抛物线上——顶点就是 P 自己,开口同向,通径只有原来的一半。这是本题最值得带走的结构。
别忘了给这条轨迹配定义域。 Q 是真弦的中点 ⟺ Q 在原抛物线内部:
y02<4x0 ⟺ 2(x0+1)<4x0 ⟺ x0>1.
(这正是解法一里 Δ>0 的几何翻译:x0=2m2−1>1⇔m2>1。)
现在把 ∣FQ∣=2 写成圆 (x0−1)2+y02=4,与轨迹联立:
(x0−1)2+2(x0+1)=4⟹x02+3=4⟹x0=±1.
- x0=1:y0=±2,Q(1,±2)。此时 y02=4=4x0——Q 正落在原抛物线上,是”内部”的边界。它就是那两个切点,弦已经退化成一个点。
- x0=−1:y0=0,Q 就是 P 自己,在抛物线外。
两个交点都在有效段 x0>1 之外,所以不存在。圆碰得到这条轨迹,只是碰在了它作废的那一截上。
解法三:参数点 (a2,2a)——「过准线上的 P」等价于 ab=1(过焦点是 ab=−1)
抛物线 y2=4x 上的点可以一个参数写完:(a2,2a),a∈R。设 A(a2,2a)、B(b2,2b),a=b。
A、B、P(−1,0) 三点共线,把两条斜率写出来:
a2+12a=b2+12b ⟹ a(b2+1)=b(a2+1) ⟹ −ab(a−b)+(a−b)=0 ⟹ (a−b)(1−ab)=0,
a=b⟹ab=1.
这是一条值得背下来的对照:同样的算法换成过焦点 F(1,0),得到的是 ab=−1。P 与 F 关于顶点对称,条件就差一个符号。
记 s=a+b。a、b 是 z2−sz+1=0 的两个不相等的实根,所以
s2−4>0.
中点
Q(2a2+b2, a+b)=(2s2−2, s),
代 ∣FQ∣=2:
(2s2−2−1)2+s2=4 ⟹ 4(s2−4)2+s2=4 ⟹ (s2−4)2+4s2=16.
令 w=s2⩾0:w2−8w+16+4w=16,即 w2−4w=0,w=0 或 w=4。
- w=0:s=0,配上 ab=1 得 z2+1=0,a、b 不是实数;
- w=4:s=±2,配上 ab=1 得 (z∓1)2=0,a=b=±1,A 与 B 重合在 (1,±2)。
两支都不给合法的弦,故不存在。这条路的好处是把两种失败讲得最具体:一种连点都不实,一种两点粘成一个。
解法四:不解方程——轨迹上 ∣FQ∣=x02+3,有效段 x0>1 逼出 ∣FQ∣>2 恒成立
前三条路都是”解方程、再验条件”。其实条件先验完,方程根本不用解。
沿用解法二的轨迹:Q 在 y2=2(x+1) 上,有效段 x0>1。把 ∣FQ∣ 就地写成 x0 的函数:
∣FQ∣2=(x0−1)2+y02=(x0−1)2+2(x0+1)=x02+3,
∣FQ∣=x02+3 ,x0>1.
x02+3 在 x0>1 上严格递增,于是
∣FQ∣>1+3=2.
∣FQ∣ 的取值范围是 (2,+∞),2 是它够不着的下确界。 x0→1+ 时 ∣FQ∣→2,可 x0=1 那一档 A、B 已经重合,弦不成其为弦。题目偏偏要 ∣FQ∣=2,取不到,所以不存在。
把那个 2 换成别的数试试
这条路顺手回答了”出题人为什么挑 2”:
- 给 ∣FQ∣=d>2:由 x0=d2−3>1 唯一定出 x0,再由 y02=2(x0+1) 得两个对称的 y0,于是恰有两条直线(斜率 k=y02 互为相反数);
- 给 ∣FQ∣=2:落在下确界上,一条也没有;
- 给 ∣FQ∣<2:连轨迹的有效段都够不着,更没有。
所以答”不存在”的 d 有一整段(0<d⩽2),2 只是其中最靠边的那一个:只有它会让形式解落在有效段的边界 x0=1 上,看着”解出来了”其实是弦退化成切点。d<2 的那些值一眼就够不着,唬不住人;出题人挑 2,挑的正是这份”差一点点就成立”。
认出这一点,比算出 m2=1 有说服力得多——后者只告诉你”这两个根不合格”,前者告诉你”合格的根从来就不在附近”。
四条路怎么选
| 路 | 主角 | 要不要解方程 | 门槛写在哪 | 适用面 |
|---|
| 一 原卷 | 参数 m | 要(四次方程) | Δ>0 | 通用,联立是万能起手 |
| 二 点差法 | 中点 Q | 要(但只二次) | 中点在曲线内部 | 题目直接问中点时最短 |
| 三 参数点 | 参数 a,b | 要(关于 s2) | a=b 且都实 | 需要”两点各自的信息”时 |
| 四 值域 | x0 | 不要 | 有效段 x0>1 | 答案疑似”不存在”时先试它 |
考场上的顺序建议:先按路一落笔(最不用动脑,且阅卷按点给分),算到 m2(m2−1)=0 与 m2>1 矛盾就可以收。若时间够,用路四那句”∣FQ∣>2 恒成立”回头验一遍——“解出来的根都不合格”和”合格的根压根不存在”是两种强度的结论,写出后者,卷面上就没有”是不是漏算了”的疑虑。路二的轨迹 y2=2(x+1) 值得单独记住:过准线上定点的弦,中点轨迹是同向的另一条抛物线,顶点就是那个定点。
一句话带走
P(−1,0) 在准线上,过它的弦的中点 Q 被点差法逼上另一条抛物线 y2=2(x+1);”Q 必须在原抛物线内部”把这条轨迹截成 x0>1 的一段,而段上 ∣FQ∣=x02+3>2 恒成立。题目要的 2 正是 x0→1+ 的极限值,对应弦退化成过 P 的两条切线的切点 (1,±2)——那时 A、B 已经重合,所以满足条件的直线不存在。