高考
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高考大题规 X 解答系列(五)——解析几何
考点一 X 围问题
例 1 (2018·某某高考)如图,已知点 P 是 y 轴左侧(不含 y 轴)一点,抛物线 C:
y2=4x 上存在不同的两点 A,B 满足 PA,PB 的中点均在 C 上.
(1)设 AB 中点为 M,证明:PM 垂直于 y 轴;
(2)若 P 是半椭圆 x2+
y2
4
=1(x<0)上的动点,求△PAB 面积的取值 X 围.
【分析】①设出 A,B 的坐标及点 P 的坐标,利用 PA,PB 的中点在抛物线上建立方程,
利用根与系数的关系求得点 A,B,P 的纵坐标之间的关系,由此证明结论成立.
②先根据根与系数的关系,求得|PM|,再表示出△PAB 的面积,最后结合点 P 在椭圆上,
并利用二次函数在给定区间的值域,求得三角形面积的取值 X 围.
【标准答案】——规 X 答题 步步得分
(1)设 P(x0,y0),A
1
4
y2
1,y1
,B
1
4
y2
2,y2
.1 分 得分点①
因为 PA,PB 的中点在抛物线上,所以 y1,y2 为方程
y+y0
2 2=4·
1
4
y2+x0
2
,即 y2-2y0y
+8x0-y2
0=0 的两个不同的实根.3 分 得分点②
所以 y1+y2=2y0,4 分 得分点③
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因此,PM 垂直于 y 轴.5 分 得分点④
(2)由(1)可知
y1+y2=2y0,
y1y2=8x0-y2
0,
所以|PM|=
1
8
(y2
1+y2
2)-x0=
3
4
y2
0-3x0,7 分 得分点⑤
|y1-y2|=2 2 y2
0-4x0 .9 分 得分点⑥
因此,△PAB 的面积 S△PAB=
1
2
|PM|·|y1-y2|=
3 2
4
(y2
0-4x0)
3
2
,10 分 得分点⑦
因为 x2
0+
y2
0
4
=1(x0<0),
所以 y2
0-4x0=-4x2
0-4x0+4∈[4,5],
因此,△PAB 面积的取值 X 围是
6 2,
15 10
4 .12 分 得分点⑧
【评分细则】
①设出点的坐标得 1 分.
②利用 PA,PB 的中点在 C 上,建立二次方程得 2 分.
③由韦达定理得 y1+y2=2y0 得 1 分.
④由 y1+y2=2y0 得点 M 的纵坐标为 y0,又点 P 纵坐标为 y0,因此 PM 垂直于 y 轴,
得 1 分.
⑤结合韦达定理求|PM|,得 2 分.
⑥求出|y1-y2|,得 2 分.
⑦正确写出△PAB 的面积,得 1 分.
⑧合理的转化为二次函数求出△PAB 面积的 X 围,得 2 分.
【名师点评】
1.核心素养:本题考查直线与抛物线的位置关系,考查考生分析问题、解决问题的能
力以及运算求解能力,考查的数学核心素养是逻辑推理、数学抽象、数学运算.
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2.解题技巧:在解析几何中,求某个量(直线斜率,直线在 x、y 轴上的截距,弦长,
三角形或四边形面积等)的取值 X 围或最值问题的关键是利用条件把所求量表示成关于某个
变量(通常是直线斜率,动点的横、纵坐标等)的函数,并求出这个变量的取值 X 围(即函数
的定义域),将问题转化为求函数的值域或最值.
3.解决 X 围问题的答题模板
定变量 — 根据题意选取恰当的变量.
↓
找关系 — 根据条件确定变量间的等量关系或不等式关系.
↓
得结果 — 利用函数或不等式知识求出所求问题 X 围.
〔变式训练 1〕
(2021·某某某某期末)已知椭圆
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)的离心率为
3
2
,F 是其右焦点,直
线 y=kx 与椭圆交于 A,B 两点,|AF|+|BF|=8.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)设 Q(3,0),若∠AQB 为锐角,某某数 k 的取值 X 围.
[解析](1)设 F1 为椭圆的左焦点,连接 F1B,由椭圆的对称性可知,|AF|=|F1B|,
所以|AF|+|BF|=|BF1|+|BF|=2a=8,
所以 a=4,
又 e=
3
2
=
c
a
,a2=b2+c2,
解得 c=2 3,b=2,
∴椭圆的标准方程为
x2
16
+
y2
4
=1.
(2)设点 A(x1,y1),B(x2,y2),
则QA→ =(x1-3,y1),QB→ =(x2-3,y2),
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联立
x2
16
+
y2
4
=1
y=kx
,得(4k2+1)x2-16=0,
所以 x1+x2=0,x1x2=
-16
4k2+1
,
因为∠AQB 为锐角,所以QA→ ·QB→ >0,
所以QA→ ·QB→ =(x1-3)(x2-3)+y1y2
=9-3(x1+x2)+x1x2+y1y2
=9-3(x1+x2)+(1+k2)x1x2
=9-
16 1+k2
4k2+1
>0,
解得 k>
35
10
或 k<-
35
10
.
考点二 定点、定值问题
例 2 (2017·全国卷Ⅱ)设 O 为坐标原点,动点 M 在椭圆 C:
x2
2
+y2=1 上,过
点 M 作 x 轴的垂线,垂足为 N,点 P 满足NP→ = 2NM→ .
(1)求点 P 的轨迹方程;
(2)设点 Q 在直线 x=-3 上,且OP→ ·PQ→ =1,证明:过点 P 且垂直于 OQ 的直线 l 过 C
的左焦点 F.
【分析】①看到求点 P 的轨迹方程,想到先设出点的坐标,然后利用已知条件,采用
代入法求轨迹方程.
②看到过点 P 且垂直于 OQ 的直线 l 过 C 的左焦点 F,想到证明OQ→ ⊥PF→.
【标准答案】——规 X 答题 步步得分
(1)设 P(x,y),M(x0,y0),则 N(x0,0).
NP→ =(x-x0,y),NM→ =(0,y0),1 分 得分点①
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由NP→ = 2NM→ ,得 x0=x,y0=
2
2
y,3 分 得分点②
因为 M(x0,y0)在椭圆 C 上,
所以
x2
2
+
y2
2
=1,5 分 得分点③
因此点 P 的轨迹方程为 x2+y2=2.6 分 得分点④
(2)由题意知 F(-1,0),设 Q(-3,t),P(m,n),
则OQ→ =(-3,t),PF→=(-1-m,-n),7 分 得分点⑤
OQ→ ·PF→=3+3m-tn,8 分 得分点⑥
OP→ =(m,n),PQ→ =(-3-m,t-n),9 分 得分点⑦
由OP→ ·PQ→ =1 得-3m-m2+tn-n2=1,10 分 得分点⑧
又由(1)知 m2+n2=2,故 3+3m-tn=0.
所以OQ→ ·PF→=0,即OQ→ ⊥PF→,11 分 得分点⑨
又过点 P 存在唯一直线垂直于 OQ,
所以过点 P 且垂直于 OQ 的直线 l 过 C 的左焦点 F.12 分 得分点⑩
【评分细则】
①设出点的坐标,并求出NP→ 和NM→ 得 1 分.
②由NP→ = 2NM→ ,正确求出 x0=x,y0=
2
2
y 得 2 分.
③代入法求出
x2
2
+
y2
2
=1 得 2 分.
④化简成 x2+y2=2 得 1 分.
⑤求出OQ→ 和PF→的坐标得 1 分.
⑥正确求出OQ→ ·PF→的值得 1 分.
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⑦正确求出OP→ 和PQ→ 的坐标得 1 分.
⑧正确得出-3m-m2+tn-n2=1 得 1 分.
⑨得出OQ→ ⊥PF→得 1 分.
⑩写出结论得 1 分.
【名师点评】
1.核心素养:圆锥曲线中的定点、定值问题是高考命题的热点问题,常与向量巧妙交
汇,综合考查考生“数学运算”的核心素养.
2.解题技巧:(1)得分步骤:对于解题过程中是得分点的步骤,有则给分,无则没分,
所以对于得分点步骤一定要写全,如第(2)问中求出-3m-m2+tn-n2=1 就得分.
(2)得分关键:对于解题过程中的关键点,有则给分,无则没分,所以在答题时一定要
写清得分关键点,如第(2)问一定要写出OQ→ ·PF→=0,即OQ→ ⊥PF→,否则不得分,因此步骤才
是关键的,只有结果不得分.
3.解决定值(点)问题的答题模板
定目标 — 通过研究特殊情形,得出目标关系所要探求的定值 点 .
↓
选参数 —
找寻适合运动变化的参数,如点的坐标、直线的斜率等,把相关问题用参数表示.
↓
建联系 — 把定值 点 问题转化为与参数有关的方程问题.
↓
得结果 — 确定与参数无关的值 点 ,即为所求.
〔变式训练 2〕
(1)(2021·某某某某、某某、贵港等市联考)设椭圆 C:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0),右顶点是
A(2,0),离心率为
1
2
.
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①求椭圆 C 的方程;
②若直线 l 与椭圆交于两点 M,N(M,N 不同于点 A),若AM→ ·AN→ =0,求证:直线 l
过定点,并求出定点坐标.
(2)已知 A、B 分别为椭圆 E:
x2
a2
+y2 =1(a>1)的左、右顶点,G 为 E 的上顶点,AG→ ·GB→
=8,P 为直线 x=6 上的动点,PA 与 E 的另一交点为 C,PB 与 E 的另一交点为 D.
①求 E 的方程;
②证明:直线 CD 过定点.
[解析](1)①右顶点是 A(2,0),离心率为
1
2
,
所以 a=2,
c
a
=
1
2
,∴c=1,则 b= 3,
∴椭圆的标准方程为
x2
4
+
y2
3
=1.
②当直线 MN 斜率不存在时,设 lMN:x=m,
与椭圆方程
x2
4
+
y2
3
=1 联立得:|y|= 3
1-
m2
4 ,
|MN|=2 3
1-
m2
4 ,
设直线 MN 与 x 轴交于点 B,|MB|=|AB|,
即 3
1-
m2
4 =2-m,
∴m=
2
7
或 m=2(舍),
∴直线 m 过定点
2
7
,0
;
当直线 MN 斜率存在时,设直线 MN 斜率为 k,
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M(x1,y1),N(x2,y2),则直线 MN:y=kx+b(k≠0),
与椭圆方程
x2
4
+
y2
3
=1 联立,得
(4k2+3)x2+8kbx+4b2-12=0,
x1+x2=-
8kb
4k2+3
,x1x2=
4b2-12
4k2+3
,
y1y2=(kx1+b)(kx2+b)=k2x1x2+kb(x1+x2)+b2,
Δ=(8kb)2-4(4k2+3)(4b2-12)>0,k∈R,
AM→ ·AN→ =0,则(x1-2,y1)·(x2-2,y2)=0,
即 x1x2-2(x1+x2)+4+y1y2=0,
∴7b2+4k2+16kb=0,
∴b=-
2
7
k 或 b=-2k,
∴直线 lMN:y=k
x-
2
7 或 y=k(x-2),
∴直线过定点
2
7
,0
或(2,0)舍去;
综上知直线过定点
2
7
,0
.
(2)①依据题意作出如下图形:
由椭圆方程 E:
x2
a2
+y2 =1(a>1)可得:
A(-a,0),B(a,0),G(0,1),
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∴AG→ =(a,1),GB→ =(a,-1),
∴AG→ ·GB→ =a2-1=8,∴a2=9,
∴椭圆方程为:
x2
9
+y2=1.
②证明:设 P(6,y0),
则直线 AP 的方程为:y=
y0-0
6- -3
(x+3),
即:y=
y0
9
(x+3),
联立直线 AP 的方程与椭圆方程可得:
x2
9
+y2=1
y=
y0
9
x+3
,
整理得:(y2
0+9)x2+6y2
0x+9y2
0-81=0,
解得:x=-3 或 x=
-3y2
0+27
y2
0+9
,
将 x=
-3y2
0+27
y2
0+9
代入直线 y=
y0
9
(x+3)
可得:y=
6y0
y2
0+9
,
所以点 C 的坐标为
-3y2
0+27
y2
0+9
,
6y0
y2
0+9 .
同理可得:点 D 的坐标为
3y2
0-3
y2
0+1
,
-2y0
y2
0+1 ,
∴直线 CD 的方程为:
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y-
-2y0
y2
0+1 =
6y0
y2
0+9
-
-2y0
y2
0+1
-3y2
0+27
y2
0+9
-
3y2
0-3
y2
0+1
·
x-
3y2
0-3
y2
0+1 ,
整理可得:y+
2y0
y2
0+1
=
8y0 y2
0+3
6 9-y4
0
·
x-
3y2
0-3
y2
0+1 =
8y0
6 3-y2
0
x-
3y2
0-3
y2
0+1
整理得:y=
4y0
3 3-y2
0
x+
2y0
y2
0-3
=
4y0
3 3-y2
0
·
x-
3
2
故直线 CD 过定点
3
2
,0
.
考点三 最值问题
例 3 (2021·某某模拟)已知椭圆 C:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)的焦距为 4,其短轴的
两个端点与长轴的一个端点构成正三角形.
(1)求椭圆 C 的标准方程;
(2)设 F 为椭圆 C 的左焦点,T 为直线 x=-3 上任意一点,过 F 作 TF 的垂线交椭圆 C
于点 P,Q.
①证明:OT 平分线段 PQ(其中 0 为坐标原点);
②当
|TF|
|PQ|
最小时,求点 T 的坐标.
【分析】
看到 — 焦距为 4,短轴的两个端点与长轴的一个端点构成正三角形
↓
想到 — 2c=4,a= 3b,a2=b2+c2
【标准答案】——规 X 答题 步步得分
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(1)由已知可得
a2+b2=2b,
2c=2 a2-b2=4,
解得 a2=6,b2=2.2 分 得分点①
所以椭圆 C 的标准方程是
x2
6
+
y2
2
=1.3 分 得分点②
(2)①由(1)可得点 F 的坐标是(-2,0),
设点 T 的坐标为(-3,m),则直线 TF 的斜率是 kTF=
m-0
-3- -2
=-m.
当 m≠0 时,直线 PQ 的斜率 kPQ=
1
m
,
直线 PQ 的方程是 x=my-2.
当 m=0 时,直线 PQ 的方程是 x=-2,
也符合 x=my-2 的形式.5 分 得分点③
设 P(x1,y1),Q(x2,y2),将直线 PQ 的方程与椭圆 C 的方程联立,得
x=my-2,
x2
6
+
y2
2
=1.
消去 x,得(m2+3)y2-4my-2=0.
其判别式Δ=16m2+8(m2+3)>0,
所以 y1+y2=
4m
m2+3
,y1y2=
-2
m2+3
,
x1+x2=m(y1+y2)-4=
-12
m2+3
.
所以 PQ 的中点 M 的坐标为
-6
m2+3
,
2m
m2+3 .7 分 得分点④
所以直线 OM 的斜率是 kOM=-
m
3
.
又直线 OT 的斜率 kOT=-
m
3
,
高考
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所以点 M 在直线 OT 上,
因此 OT 平分线段 PQ.8 分 得分点⑤
②由①可得
|TF|= m2+1,9 分 得分点⑥
|PQ|= x1-x2
2+ y1-y2
2
= m2+1 [ y1+y2
2-4y1y2]
= m2+1
4m
m2+3 2-4·
-2
m2+3
=
24 m2+1
m2+3
.10 分 得分点⑦
所以
|TF|
|PQ|
=
1
24
·
m2+3 2
m2+1
=
1
24
·
m2+1+
4
m2+1
+4
≥
1
24
× 4+4 =
3
3
.
当且仅当 m2+1=
4
m2+1
,即 m=±1 时取等号,此时
|TF|
|PQ|
取得最小值,11 分 得分点⑧
所以当
|TF|
|PQ|
最小时,点 T 的坐标是(-3,1)或(-3,-1).12 分 得分点⑨
【评分细则】
①列方程组求出 a2 与 b2 给 2 分.
②写出椭圆的标准方程给 1 分.
③根据题意恰当设出直线方程,给 2 分,不讨论 m=0 的情况,扣 1 分.
④方程联立消元,结合韦达定理求出点 M 的坐标,给 2 分.
⑤证明 OT 平分线段 PQ,给 1 分.
高考
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⑥写出|TF|的表达式,给 1 分.
⑦写出|PQ|的表达式,给 1 分.
⑧写出
|TF|
|PQ|
的表达式,利用均值不等式确定最小值,给 1 分.
⑨正确写出点 T 的坐标,给 1 分.
【名师点评】
1.核心素养:本题主要考查椭圆的性质、直线与椭圆的位置关系等知识,是一道综合
能力较强的题,意在考查考生的分析问题、解决问题的能力以及运算求解能力.
2.解题技巧:(1)注意通性通法的应用
在解题过程中,注意答题要求,严格按照题目及相关知识的要求答题,不仅注意解决问
题的巧解,更要注意此类问题的通性通法.如在解决本例(2)①时,注意本题的实质是直线
与圆锥曲线的相交问题,因此设出直线方程,然后联立椭圆方程构造方程组,利用根与系数
关系求出 y1+y2,y1y2 的值即为通法.
(2)关键步骤要全面
阅卷时,主要看关键步骤、关键点,有关键步骤、关键点则得分,没有要相应扣分,所
以解题时要写全关键步骤,踩点得分,对于纯计算过程等非得分点的步骤可简写或不写,如
本例(2)中,消元化简时,可直接写出结果,利用弦长公式求|PQ|时,也可省略计算过程.
3.最值问题
(1)常见解法有两种:几何法与代数法.
①若题目中的条件或结论能明显体现某种几何特征及意义,或反映出了某种圆锥曲线的
定义,则直接利用图形的性质或圆锥曲线的定义来求解,这就是几何法.
②将圆锥曲线中的最值问题通过建立目标函数,转化为函数的最值问题,再充分利用基
本不等式、函数的单调性或三角函数的有界性等相关知识去求解,这就是代数法.
(2)易错点
①利用基本不等式求最值问题要指出能取到最值,或求出取到最值的条件;
②利用函数观点解决最值问题时,要注意自变量的取值 X 围.
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4.解决最值问题的答题模板
设方程搞联立 —
设出相关直线的方程,确定参数,如斜率、截距等,联立方程
组得一元二次方程.
抓条件促转化 —
抓住已知条件,把问题转化为关于参数的方程或不等式,确定
参数的 X 围.
建函数求结果 —
针对所求问题构建关于参数的函数等,利用函数或基本不等式
知识求最值或 X 围,有时应用换元法简化运算.
查关键写规 X — 反思回顾,查看关键点、易错点,强化解题的规 X 性.
例 4 (2020·全国卷)已知椭圆 C:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)过点 M(2,3),点 A 为其
左顶点,且 AM 斜率为
1
2
.
(1)求 C 的方程;
(2)点 N 为椭圆上任意一点,求△AMN 的面积的最大值.
[解析](1)由题意可知直线 AM 的方程为:y-3=
1
2
(x-2),
即 x-2y=-4.
当 y=0 时,解得 x=-4,所以 a=4,
椭圆 C:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)过点 M(2,3),
可得
4
16
+
9
b2
=1,解得 b2=12.
所以 C 的方程:
x2
16
+
y2
12
=1.
(2)设与直线 AM 平行的直线方程为:x-2y=m,
如图所示,当直线与椭圆相切时,与 AM 距离比较远的直线与椭圆的切点为 N,此时△
AMN 的面积取得最大值.
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联立直线方程 x-2y=m 与椭圆方程
x2
16
+
y2
12
=1 可得
3(m+2y)2+4y2=48,
化简可得 16y2+12my+3m2-48=0,
所以Δ=144m2-4×16(3m2-48)=0,
即 m2=64,解得 m=±8.
与 AM 距离比较远的直线方程 x-2y=8,
直线 AM 方程为 x-2y=-4.
点 N 到直线的距离即两平行线之间的距离 d=
8+4
1+4
=
12 5
5
,
由两点间距离公式可得
|AM|= 2+4 2+32=3 5,
所以△AMN 的面积的最大值为
1
2
×3 5×
12 5
5
=18.
〔变式训练 3〕
(1)(2021·某某新高考适应性考试)已知椭圆 C:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)的左、右焦点分别
为 F1,F2,短轴长为 2 3,A,B 在椭圆 C 上,且AF2
→ +BF2
→ =0,△ABF1 的周长为 8.
①求椭圆 C 的标准方程;
②过椭圆 C 上的动点 M 作 C 的切线 l,过原点 O 作 OP⊥l 于点 P,求△OMP 的面积的
最大值.
(2)(2021·某某某某质检)已知直线 l:x-y+1=0 与焦点为 F 的抛物线 C:y2=2px(p
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>0)相切.
①求抛物线 C 的方程;
②过点 F 的直线 m 与抛物线 C 交于 A,B 两点,求 A,B 两点到直线 l 的距离之和的
最小值.
[解析](1)①由AF2
→ +BF2
→ =0,
可知 A,B,F2 三点共线,且 AB⊥x 轴.
由△ABF1 的周长为 8,得 4a=8,
所以 a=2,且 b= 3,
所以椭圆 C 的标准方程为
x2
4
+
y2
3
=1.
②显然直线 l 斜率存在且不为 0,设直线 l:y=kx+t,
联立
y=kx+t,
3x2+4y2=12,
得(3+4k2)x2+8ktx+4t2-12=0,
且Δ=64k2t2-4(3+4k2)(4t2-12)=0,
得 t2=4k2+3,
所以 xM=
-8kt
2 3+4k2
=-
4k
t
.
联立
y=-
1
k
x,
y=kx+t,
得 xP=-
kt
k2+1
,
所以|OP|= 1+
1
k2
·
|kt|
k2+1
=
|t|
k2+1
,
则|MP|= 1+k2·|-
4k
t
+
kt
k2+1|= 1+k2·|-4k3-4k+kt2
t k2+1 |=
|k|
|t|· k2+1
,
高考
17 / 17
所以 S△OMP=
1
2
|MP|·|OP|=
1
2
·
|k|
|t|· k2+1
·
|t|
k2+1
=
1
2
·
|k|
k2+1
=
1
2
·
1
|k|+
1
|k|
≤
1
4
,
当且仅当 k=±1 时取等号,
所以△OMP 的面积的最大值为
1
4
.
(2)①∵直线 l:x-y+1=0 与抛物线 C 相切,
由
x-y+1=0
y2=2px
消去 x 得,y2-2py+2p=0,
从而Δ=4p2-8p=0,解得 p=2.
∴抛物线 C 的方程为 y2=4x.
②由于直线 m 的斜率不为 0,所以可设直线 m 的方程为 ty=x-1,A(x1,y1),B(x2,
y2).
由
ty=x-1
y2=4x
消去 x 得,y2-4ty-4=0,
∴y1+y2=4t,从而 x1+x2=4t2+2,
∴线段 AB 的中点 M 的坐标为(2t2+1,2t).
设点 A 到直线 l 的距离为 dA,点 B 到直线 l 的距离为 dB,点 M 到直线 l 的距离为 d,
则
dA+dB=2d=2·
|2t2-2t+2|
2
=2 2|t2-t+1|
=2 2| t-
1
2 2+
3
4|.
∴当 t=
1
2
时,可使 A、B 两点到直线 l 的距离之和最小,距离的最小值为
3 2
2
.