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1、抛物线性质归纳、证明和应用抛物线是平面内到定点的距离等于到定直线(定点在定直线外)的距离的点的轨迹,它是椭圆过渡到双曲线的瞬间曲线,它只有一支(双曲线有两支),只有一条对称轴,没有渐近线和对称中心,属于无心曲线.抛物线的焦半径、焦点弦性质F富多彩,此外还有定点、定值、定弦、最值等问题也值得探讨,抛物线的很多性质也是历年高考的重点和热点,这里就它的一些性质加以归纳,说明和证明,及其在历年高考和模拟考试出现的典例.一、焦半径、焦点弦性质如图,四是过抛物线=2px(p0)焦点F的弦,AD.比是准线的垂线,垂足分别为仄C,4是卬的中点,”是3的中点.设点彳(均,R、氤B(&,,直线相交y轴于点款0,,
2、则:W3一式匹若:/公IABI=x+xp=-(S1.n分3c2d.-OC;C,3杆上WYz-C:32snsinNAMB=NDFC=Rt/;/JJA4V是抛物线的切线;AJK为/分别是N%6和/烟的平分线:(6)AM、1.)Fy轴三线共点,BMCF、y轴三线共点:力、0、。三点共线,B、0、。三点共线:(8)若I/:IBFI=m:,点力在第一象限,为直线力4的倾斜角.则COS=F;初十以为直径的圆及y轴相切,以孙,为有径的圆及y轴相切;以46为直径的圆及准线相切.副V交抛物线于点Q则,。是制V的中点.万h=一万;汨=+:=!气ZiZiIABI=XJap=(为四的倾斜角):.atf=,c8/-,s
3、inZsinS-1.S3-Sid【证明】设过焦点%,0)的,仿的直线方程为x=”+代入抛物线方程?=2W得/-2pmy-=Q,因此=一d,y+yz=2pm.另由得在RI中,FRA.CD,有RFI2=iDRRC,而IZWI=Iy1|,IRC=y21.P,且y2,ZP11,1.父尸;(MK)P*因此XiX2-o,o122p2p4p4自+cos1+cosI1y+yz2pm2一1.I2yyzMy*pp在直线AB方程*=my+g中令A-=O,1【证法一】依据抛物线的定义,IRFI=阅2%x2Tp得T代入上式得,I=IAD|=小+BF=BCIAB=AF+BF=xxp又IAB=(x1-x)+(jy1)=1+
4、Iyi-yiI=y1.+叭I(h+%):-4mm=1+nfy411fp+4p2=2(1+/)当办=0时,用=I=丁-=,有Ktansinp11c1+后=1.+-=r*为直线力4的斜率)RF1-cosCOS同理,HF=RF1I=+MuE2p1.cosSirr【证法三】极坐标法,设抛物线的极坐标方程为=T则PRrP_P1-cos.=2=1.-cos(+:AB=1FI+IBF=-+jz=.1-cos1+cossin=Sia+S(w=4OFIIy1.+1.OFIIy1I=(Iy1.I+y乙乙乙乙I),弘必=-6,则M、先异号,因此,IM+M1.=y-JI2,Sd=,y-yiI=%(+%尸4必必=知4而
5、+46=41+:*1乙_A2sin,又CD=肪ISin=-,ID+|BC=AB=.sinsin,S机电Ag=5(AD+HC)CD=2ifxi1,(1.111115111例1(2019年新课程高考文)设坐标原点为0,抛物线=2*及过焦点的直线交于4B两点、,则PT、F()3 3A.7B-7C.3).34 4【解】设Axxt),(x,%),则7方77=xx2+y2=-p2=-J.故44选B.【例21(2009年福建理)过抛物线产=2ry(p0)的焦点尸作倾斜角为45的直线交抛物线于力、夕两点,若线段47的长为8,则=.81.【解】由性质得AB-=Fjn5-=8,:,P=-Q-=4.TT+TT三P【
6、证法一】由小M=彳,且I尸I=汨+今1BF=及+1,1at1+a+p=-=Xi+卷Xi+j(航+断,(距+合汨+即+夕*必+S(*+即)小+夕吊+。_2?+夕乂+汨)+?夕X+p)P【证法二】由IAFI=I=*:IBFI=t,J-F=1cos1cos(+)P1cos,111_11-cos_1.+cos2,*AFBF12PPp【例31(.2000全国)过抛物线y=af(a0)的焦点6用始终线交抛物线于A0两点,若线段外及用的长分别是、q,贝十1等于()PQ14.2aB.丁C.aD.一2aa【解】由y=a。得f=1.八(抛物线焦点到准线的距离为由此得+=a2aPQ4a,故选C.ZAMB=ZDFC=
7、RtZt先证明:ZAMBRtZ【证法一】延长加交成的延长线于E,如3,则4I=IEM,IEC=ADIBE=)+1CE=IBC-AD=BF+AF=ABI.月原为等腰三角形,乂是力的中点,.,.fAE.即/用伤=RtN【证法二】取种的中点用连结MV,则I.WV=(AD+!BCi)=(1./1+1BF)=AfiI,/.,WVI乙乙乙=IANI=IBN.月即为直角三角形,仿为斜边,故/4伤=Rt/.【证法三】由己知得C(一M)、(一,M),由此得W(一多”J号.,n-7)(%+)+1.%+必,-py丁/、pRtN【证法一】如图5,由于I4?=I故可设/力折N力加W=,同理,没/BFC=NBCF=NCF
8、R=而N/Z+4DFR+4BFC+ZOT=1802(+)=180,即+=90,故DFC=9G【证法二】取功的中点M即做一器吗当乙乙由前知九产,I一切一二PKc1.P1.PP71+2+2:.k甜=k*,AM/CF,同理,B/DF团:.NDFC=/AMB=9Q【证法三】=(p.-)c(P,%),.,.-ZF7T=p=O:.Fr1.TF,故4DFC=90.【证法四】由于IRFz=-yiy2=DRIRC|,即谭&ZDRF=NFRC=90:.ADRFs丛FRC:./DFR=/RCF,而/%F+/砒=90:.4DFR+4RFg90:.NDFC=9。J1.例4(2009年湖北文)如I图7,过抛物线V=2px
9、册一(QO)的焦点”的直线及抛物线相交于、,两点,K自M“向准线/作垂线,垂足分别为以此求证:AM、是抛物线的切线【证法一】飞产j/W的宜线方程为,一切=彳(*一及抛物线方程了=2川联立消去X得yy=2i2j)f整理得了-2yy+ji=0可见=(2”-44=0,故直线4V及抛物线=2Px相切,同理”也是抛物线的切线,如图8.【证法二】由抛物线方程尸=2内,两边对X求导,(.力,=(2内)一得2yy,=2夕,y1=,故抛物线=2内在点力(川,M)处的切线的斜率为Am=FsI,=5.乂k巧w,即是抛物线在点力处的切线,同理用/也是抛物线的切线.【证法三】.过点H(M,%)的切线方程为力产=(*+x
10、),把(一多1.代入%K+必先2PX1.Bj左边=M.2=-=2=PX1.e右边=(一+汨)=一修+,小,左边=右边,可见,过点/1的切线经过点M,即力”是抛物线的切线,同理ZW也是抛物线的切线.AM、川分别是N姐和N63M的平分线【证法一】延长小/交比的延长线于,如图9,则/!侬比也有月。8C,AB=BE,.,.NDSf=ZAEB=ZBAM,即/W平分N以昆同理胡/平分NC物.【证法二】由图9可知只须证明直线,,历的倾斜角是直线,W的倾斜角的2倍即可,即=2.且以一人然当)乙乙_,匕-M1一乂2-.tan-Kw一=-Z2;z-y_Xh必+必22ptantan凶+%y)2-f一八y-M夕(二一
11、%)PMKP*戏一25+Jy1.+p%2tan1tan2pr2pm2py、2_(_)2炉一/戈+力先凶+%=tan=2,即月W平分同理4V平分NC物.AM、DF.y轴三线共点,,CF.尸轴三线共点【证法一】如图10,设/加及加相交于点G,由以上证明知IAD=AF,/用平分故月G也是加边上的中线,.G是尸的中点.设力及卜轴交于点见以及y轴相交于点G,易知,!=|OF,DI/OF,WIXDDG会XFOGz:.DGi=FGJ,则G也是班的中点.G及&重合(设为点G),则/原DF、y轴三共点,线同理从CF、y轴也三线共点.【证法J4的有线方程为尸一切=令=0得fj/及y轴交于点G1.(0,全,又加的直
12、线方程为尸一久(万一9,令X=O得卯及y轴交于点6(0,).,.fM炉及y轴的相交同一点6(0,则/原DF、j,轴三线共点,同理用/、CF.y轴也三线共点/.由以上证明还可以得四边形W石是矩形.0)4、。三点共线,及A。三点共线【证法一】如图11,u=-=-4-=-,Xy必而,必2必2py22pyi2pk0)相交于点力、&过月、3两点分别作直线/:X=-R的垂线,垂足分别为、比则从0、*三点共线,B、0、三点也共线,如下图:【例5】(2019年高考)设抛物线=2后0)的焦点为尸,经过点的直线交抛物线于从夕两点,点C在抛物线的准线上,且极力X轴.证明直线4C经过原点0.【证法一】因为抛物线产=2
13、四(夕0的焦点为/(-根,:八%=一d因为8C*轴,且点C在准线x=一与上,故。(一5%),乙乙线的斜率为*=d=七2宜线经过原点。.【证法二】如图13,过力作月。_1_/,。为垂足,则:AD/EF/BC连结力C及8相交于点M.酬IGV1.I跖IINF3ADACAB,BC!mIAB由抛物线的定义可知:i/I=I力i,IBF=BCADBFAF*BCIABI=IABINFI.即,是尸的中点,及抛物线的顶点。重合,所以直线月。经过原点0.COSm-n=用【证明】如图14,过力、4分别作准线/的垂线,垂足分别为D,C,过作BE1.AD于E,设/I=%I=/”,则AD=AF,IIiC=BF,IAE=AD
14、IBCI=(IB-Ii)t.在Rt/跖中,CoSN三=:+:(=m-nm+n若IAFIBF1.fnt点/在第一象限,为直线盟的倾斜角.则.cos=COSN.BAE=m-nm-3rri【例6】设经过抛物线尸=2小的焦点的直线及抛物线相交于两点力、,IIIAF:BF|=3:1,则直线W的倾斜角的大小为【答案】60或120以为直径的圆及尸轴相切,以明为直径的圆及y轴相切;以AB为直径的圆及准线相切.【说明】如图15,设C是心的中点,2则后的坐标为(一-,f+x1则点到9轴的距离为占=I故以力八为直径的圆及一轴相切,同理以加.为自:径的圆及y轴相切.【说明】如图15,设是/出的中点,作MVJ.准线/于
15、此则I辘=:(/1+BC)=(AF1+BF)=Afi乙乙乙图则圆心J/到/的距离I网=IIAB|,故以/切为直径的圆及准线相切.M交抛物线于点Q,则0是树的中点.22【证明】设/1脸,切),B%;M),则。(一枭必),(一5,力),乙22z,Pi+a,v+Xm?2bjV(V设也V的中点为0,则。J)+1+必54_-2+M+_2jim+jW_12,_28p8p2p;点,Q在抛物线y=2px,即。是J仰的中点.二、定点、定值、定直线问题(共9个结论)(1序行于抛物线对称轴的光线,被抛物面反射后会聚焦于抛物线的焦点,如图17.【证明】如图17,设抛物线方程为尸=2处(00),宜线,,出X轴,点A的坐
16、标为(即,必),则过力点的切线方程为为r=,(x+幻,直线/的斜率为=A设Jn直线力8到1的角为,则tan=艮,设直线的斜率为如则4=一x-22夕为*-22y-p设直线/到力的角为2pya_p则tankh_:一K_0(,+)_1+A1%P20%(P2)KH-:K-Ptan=tan,又、0,),则=也就是说平行于抛物线对称轴的光线,被抛物面反射后会聚焦于抛物线的住占.图18【例7】(2019年福建省质检)如图18,从点Ia2)发出的光线沿平行于抛物线=4的轴的方向射向抛物线的点反射后经焦点厂又射向直线/:*一2/-7=0上的点*,再反射后又设回点M则Ab=.【解】/利X轴,点在抛物线上,得的坐标
17、为(1,2),经过网1,0)点后反射在。点,则。的坐标为(1,-2),经设J/关于/对称的点为J/,依题意,Q、N故可设。(汨,-2),由此得_;3_7=o,解彳.22【另解】若设O关于直线7的对称点为Q,设于直线/对称,由此得呼.JHIa12I5Ia1.b-2,解叫18I2227-t5又M、N、Q三点共线,儿=A,即匚Z射后点、的坐标为(3,-2),.1/共线.fo=6.Q(4份,由于。、Q关则。的坐标为g,-y).竺51_2+2J八-0-3,x6.若C(痴见)是抛物线寸=2px(p0)上的任一点,的直线交抛物线于尔B,则直线初过定点(2什,*22【证明】设/!(:,s)、8(工,t)(s,
18、t,必互不相等:过C引两条相互垂直居ZPZP那么,由IC1.8C得,必一SMTJ,三5ryIwey-三三三三三n2p2p因展,M-S一t4/旦旦_r(%+s)(必+1)2p2p2p2p.*.4p*=-(M+s)(m+t).,.St=-Aff-(s+tya-y0又直线,伤的方程为=予-*J,整理得,尸犯鲁tS广6S-12p2p把代入得y=2.Y4方一(s+力以一炉s+t2y4一22刘s+t(.-2p-n)-y0令-rp-%=Q,E1.Px=2p+x0)上的肯定点,直线池及抛物线相交于4、6两点(都异于6,若直线CA应的斜率M、岛的乘积为定值叫那么,直线检过定点(痴一名,-).2Z7【例8】(20
19、00京皖春季高考)如图20,设点力和为抛物线yf=Apx(p0)上原点以外的两个动已知U阳OM1.AB,求点.V的轨迹方程,并明它表示什么曲线.【解法一】点儿在抛物线炉=4上,22R(V-设水比,乂),竭!,外),M如的斜率分别为J(-2-,1.0)的弦命的中点恰好在定直线hX=Bi(0)上,则线段电的垂直平分线过定点MHr0).【证明】如图22,设力(乂,y),(x2,y2)(加,那么”U=2px2OKM:一得一E=2p(*-A)卜.直线AB的斜率5纥*=-=ZxX-Xi必十必M限.宜线加的斜率%w=;=-P.的直线方程为y-y0=(X-而令X=O,得x=m+p直线力A的垂直平分线恒过定点(
20、m+m0).【例9】(2019湖南理科高考)若小8是抛物线=4x上的不同两点,盛AB(不平行于y轴)的垂直平分线及轴相交于点儿则称弦力4是点尸的一条“相关弦”.已知当x2时,点P(x,0)存在无穷多条“相关弦”.给定b2.证明:点尸(龙,0)的全部“相关弦”的中点的横坐标相同:(略)【说明】应用性质,由已知得=2,由定点夕(照,0)得什=%,故加=航,-2.“相关弦”的中点的横坐标为检一2.设直线及抛物线/=2PXS0)相交于点附与,、B(&,,那么若直线过抛物线对称轴的定点0),则万力=-2ap,JTi=2;反之若几=A(定值),则直线恒过定点(一卷,01若直线及y轴相交于点(0,R,则;+
21、%;.【证明】设过点Ma0)的直线方程为*=+a,代入抛物线方程4=2内寸-2Pmy-Zpb=O,即方程的根凶、.匕是只O两点的纵坐标*.yy-i=-2pb,XMy2=k.,.-2pbk,即则直线1方程为X=my乙P乙P令y=0,得=,则直线/恒过定点Mg,0).2p2pa由/的方程X=my+a中,令=0得y1=-,yi+y2=2pmm.1.1.1.m+%2pmm1-X-,yyzy%-2apayi【解】直线/的截距式方程为四+:=1.ab由上面性质证明可得M及b过抛物线,=2.(p0)的焦点尸作直线及抛物线交于46两点,且由In=亦得(汨+乂+今=或一*”-y)+一外=1+/同理,=1+竟.+
22、=2+上+2=2+=2+=2-2=0.my、myimyiy2m1.p)1.1.97o),直线八*=一i,夕为平面上的动点,过作直线/的垂线,垂足为点且仍o=FP1.求动点的轨迹C的方程;过点厂的宜线交轨迹C于儿6两点,交宜线/于点M已知TZT=I才,F=2加,求+2的值:【略解】动点P的轨迹。的方程为:尸=4箝1.+2=0.(6)定长为1的弦被的两个端点在抛物线=2p,M是AB的中点,“到y轴的距离为&那么,*的轨迹方程为:4(V+)(2k/)=/,且/力的直线方程为*=如,+瓦代入抛物线方程=2川Wy-2pmy2pb=Q.y-yz=2pm,yy2=2pb.乂月4的中点为玳心M),且点在直线/
23、1上,.+必,/O,K.ju=pm,XS=my#b,?=-bx011yu-Xo.ABI=F=(M即)+(乂一必)=(m%+。一研一力厂+(y编:=(1+)(y1-y2)=(1.+ztf)(y1+y2)-4y1y2222=(1+夕4.+8p.=(1+)4+8p(0-整理得,4(yJ+)(2pxo-i)=故中点,”的轨迹方程为:4(/+P1)(2p-/)=p2/.由上可知d=X=8(J;疥+就令t=y+隹与孔即/=1.则-4+小=/+%小啮得T当OV/V2/?时,d在/,+8)上是增函数,22F当i即尸。时,=V+6此时,如=。,即仍y轴.当/22。时,y,f=.-1.-R9T-=Z-8户222”
24、/恬*122,当且仅当招=就,即炉时取等号,故d的最小值为年【证法二】当42P时,过力、氏J/作准线X=一名的垂线,垂足为N、BIMM|=相(|加乙乙(AFI+IBF)ABI=:/.164上式当且仅当I/1.+1.BFI过抛物线的焦点”时取等号,则的最小值为一号=年乙A乙【说明】经过焦点”的最短弦是通经2夕,因此当弦N6的长/V2p时,不能用证法二证明d的最小值为op【例12长度为a的线段力4的两个端点在抛物线炉=2(a220)上运动,以/18的中点C为圆心作圆及抛物线的准线相切,求圆C的最小半径.【解】依题意,问题转化为定长的弦的两个端点在抛物线上,弦的中点。到V轴的距离的最值问题,由上面的
25、性质可知当弦,,步经过焦点/;时,点。到准线的距离为最小值.如图30.圆C的最小半径为号过抛物线y=2px(p0)的对称轴上的定点0)(e0),作直线AB及抛物线相交于4B两点,点是定直线人1.一面上的任一点,则直或AN,MN,M的斜率成等差数列.【证明】设月(M,71)4(*+kni=2ks.直线4V,J介,区V的斜率成等差数列.抛物线的一组平行弦的中点共线,且所在直线平行于对称轴或及对称轴重合.2,yb,N1-m,n),由性质有丫通=-2pm,则直线儿、8V的斜率为K=FT号七、_必一Xa+m.,._y-n,y2-nKKhy-2r11.,+jWot2p2p2。(必一)I20(.施一)yi+
26、2pmyz2pm2(K-)I2(M-)炉一y-yy-z2”先(必必(匕一)_2(M-)_2pn_2pn_n(外一兄)y(y-j)yYz-2pmm又.直线机的斜率为6=A-O-mm【证明】设斜率为k(A为常数)的一组平行线及抛物联立方程组二篙,消去*得务一y+6=0乂+必=?,又M是力的中点AN=5=则M,M,,M在平行于X轴的口线y=g上./*K当直线4及X轴垂直(即直线4的斜率不存在时),易知M,必,,.仅在*轴上.【例13(2009年陕西卷理20文21)已知抛物线C:y=2xi,直线y=kx+2过V作X平行:交C于力,3两点,”是线段的中点,轴的垂线交。于点M证明:抛物线C在点N处的切线及
27、t证明】如图34,设力(孙2君,B(x,24把六=履+2代入y=2*得2*Ax-2=。图34由韦达定理得M+Xz=JXXa=-1,以=片=亍即N点的坐标为(7g)设抛物线在点处的切线I的方程为1.(=r(1.令,o4将y=2代入上式得2炉一v+7=0,q0)相交于AB两点,过A6两点作抛物线的切线、人,设1”1,相交于点0,则点。在定直线小T【证明】设/15,%)、B(XZ,乃),因为过点。及*轴平行的直线及抛物线只有一个交点,所以立线RB及轴不平行,故可设月的方程为X-x=my-y.联立方程组;二;鸳(1.,消去XT-“一郎+勿M-Ai)=O2p先=2。(砂一左)乂过力、4两点的抛物线的切线
28、方程为M尸0(x+)和尸0J+也),联立方程组J解得22%先yz-7M一麴y乙P1.PM=-mya-02p【说明】本题第小题就是抛物线的焦点弦的性质M%=一由得行代入得XQ=B)y0-x点Q在直线payoy+po=0上.第小题两条切线的交点C,就走上面抛物线的性质,即点C,必在直线J略.y-yP1.MMAb-2P)【证明】由题意设力(汨,粉,队X”三,IVAr2,V由炉=2勿得y=针,y=-2。P所以,km=A=因此直线物的方程为什2尸力直线三的方程为什2片一所以,i+2p=-(x1-Xo),ZpP2+2p=U-b),上夕P(刘+X)(刘一是)(M+/)(*j-M)刘(武&)2=*+M即28=
29、*+*2所以4W,8三点的横坐标成等差数列.段四的垂直平分线交N轴于点M则段T=【证明】设过焦点网50)的直线力?的方程为过抛物线=2px(p0)的焦点尸的直线1及抛物线交于A8两点,线xmy-(70),且1(i,y)、B(x1,M),把x=my+0弋入/=2px,得/=2pmy+,即f-2pmy-ff=Qy+M=2加,y1J2=-x+=/(/+/:)+p=2p11+p,B的中点.M的坐标为p11f+-,p11i)AB的垂直平分线方程为ypm=一R(X-Zw-Q令y=0,得的横坐标为x=p11f+.FM=IX1.三I=p+p=p(z+1.),又IAB=x1.x2p=2p(f+1).AB!_2(
30、+1)_一8/|=夕(序+1)=2【证法二】设力(x,巧)、B(,Xz,,过力、别作准线的垂线,垂足分别为CD,C(,凶)、。(一条必),则面的中点的坐标(21.t)由证法一知必+必2pm,/.H-pni),所以禽=-2pP.w三三三22又ks*=1.,所以左阳篇=(一加,-=mm:.EF1.AB,又MN工AB,所以研MV乂品X轴,所以四边形环:也V为平行四边形.)FM=IEN=(AC+瑜1.)=AR)所以阍=2QDP是过抛物线,=2内(p0)上的肯定点,过P作及X轴平行的直线向,过8的直线为,直线IJ1.X轴,】及曲、分别相交于AB两点,则/的中点在点P处的切线.【证明】设t),则m的方程为
31、y=t,直线n(即OP)的方程为y=yx,设立线/的方程为=s(s#5),那么A的坐标为(s,t),B的坐标为(s,卓),f+论.力8的中点J/的坐标为(t,-),即当1.C)乂过点啮,D的抛物线的切线方程为yt=p(x+)当X=X1.f=SB,y=(f+=年+=2;:Jyvt2Pt2.2.t可见点在点处的切线上.点P(a,O)(aO)是抛物线/=2Rr(P0)的对称轴上的一点,过P的直线1及抛物线相交于两点4B,4关于X轴的对称的点为力,又点认一为0),那么/、反。三点共线.【证明】设直线/的方程为X=孙+a,力(汨,则/1(小,一y),联立方程组y2p1.,消去X得x=my-a7-mya=
32、0,那么My2=-2pa,2p乂讨=(+a,-)W=(M+a,必),V(x+z)+(x-+fi)yi22=(9+a)%+(+a)力Mj71.y,j(y,+.),2.1 2P1.I珀2p1M),B(x,必)q/oXa(y+y2)(y+y2)(2p+(凹仍*Q才:MA、三点共线.【例16】给出一个抛物线,依据其性质,用尺规作图求出该抛物线的对称轴、顶点和焦点.图a图b【作法】1.随意作两条平行弦4A和4艮:2 .分别取4和力抠.的中点V、/V,过MN作直线例3 .作直线3_1.加交抛物线于。、;4 .取。的中点民5 .过E作宜线/处交抛物线于点。.则直线/为抛物线的对称轴,。为抛物线的顶点,如图a6 .过顶点。作两条相互垂宜的弦0IOQ-.7 .设”及对称轴/相交于点&8 .取宓的嵬近。的四等分点则厂为抛物线的焦点.【说明】1.依据性质,平行弦的中点共线,且及对称轴平行:9 .垂直于对称轴的弦Q的中点在对称轴上,故/为抛物线的对称轴;10 依据性质得收过顶点(20,0),故6为抛物线的焦点.