Question

如圖，已知點F（0，1），直線m：y=-1，P為平面上的動點，過點P作m的垂線，垂足為點Q，且．
（1）求動點P的軌跡C的方程；
（2）（理）過軌跡C的準線與y軸的交點M作直線m′與軌跡C交于不同兩點A、B，且線段AB的垂直平分線與y軸的交點為D（0，y），求y的取值范圍；
（3）（理）對于（2）中的點A、B，在y軸上是否存在一點D，使得△ABD為等邊三角形？若存在，求出點D的坐標；若不存在，請說明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）設P（x，y），由題意得Q（x，-1），即可得到，，，，利用向量的數量積運算即可得出動點P的軌跡C的方程；
（2）利用（1）的軌跡方程即可得到準線方程及點M的坐標，設直線m'的方程為y=kx-1（k≠0），與拋物線方程聯立得到根與系數的關系，利用中點坐標和垂直平分線的性質即可得到線段AB的垂直平分線的方程即可；
（3）利用（2）的結論，點到直線的距離公式及等邊三角形的判定即可得出．
解答：解：（1）設P（x，y），由題意，Q（x，-1），，，，，
由，得2（y+1）=x²-2（y-1），
化簡得x²=4y．所以，動點P的軌跡C的方程為x²=4y．
（2）軌跡C為拋物線，準線方程為y=-1，
即直線m，∴M（0，-1），
設直線m'的方程為y=kx-1（k≠0），由 得x²-4kx+4=0，
由△=16k²-16＞0，得k²＞1．
設A（x₁，y₁），B（x₂，y₂），則x₁+x₂=4k，
所以線段AB的中點為（2k，2k²-1），
所以線段AB垂直平分線的方程為（x-2k）+k[y-（2k²-1）]=0，
令x=0，得．
因為k²＞1，所以y∈（3，+∞）．
（3）由（2），x₁+x₂=4k，x₁x₂=4，
∴=
==．
假設存在點D（0，y），使得△ABD為等邊三角形，
則D到直線AB的距離．
因為D（0，2k²+1），所以，
所以，解得．
所以，存在點，使得△ABD為等邊三角形．
點評：本題主要考查拋物線的方程與性質、向量的數量積、準線與拋物線相交問題轉化為方程聯立得到根與系數的關系、弦長公式、等邊三角形的定義、點到直線的距離公式、線段的垂直平分線及對稱等基礎知識，考查運算能力、推理論證以及分析問題、解決問題的能力．