本题导读

本题考查双曲线的几何性质与渐近线、点到直线的距离公式。核心在于正确理解题意并选用恰当方法求解。

📌【题干】

Question

(2009年上海卷(理)) 已知双曲线 ,设过点 的直线 的方向向量 .

(1) 当直线 与双曲线 的一条渐近线 平行时,求直线 的方程及 与 的距离;

(2) 证明:当 时,在双曲线 的右支上不存在点 ,使之到直线 的距离为 .

🔍【思路分析】

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  1. 第一问:由双曲线方程求出渐近线斜率,结合直线 的方向向量确定其斜率。因两线平行,斜率相等。求出直线 方程后,利用平行线间距离公式求解。
  2. 第二问:设右支动点 并列出距离公式。利用右支范围 构建关于距离的函数,求导得到其最小值。最后通过代数变形证明该最小值在 时恒大于 。

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直线 的方程为 或 ,其与对应渐近线 的距离均为

✍【详细解析】

Abstract

(1) 第一问求解

由双曲线 可知,,。 其渐近线方程为:

因为直线 过点 且方向向量为 ,故其斜率为 。 直线 的方程为:

若 与其中一条渐近线 平行,则斜率相等。分两种情况讨论:

  • 情况一:若 直线 的方程为: 此时对应的平行渐近线 为: 两平行线间的距离为:

  • 情况二:若 直线 的方程为: 此时对应的平行渐近线 为: 两平行线间的距离为:

综上所述,直线 的方程为 或 ,其与对应渐近线 的距离均为 。


(2) 第二问证明

设 为双曲线 右支上的任意一点,则有:

点 到直线 的距离为:

当 且 时,显然有 。 因为 ,所以:

构造函数 (),对其求导得:

令 ,解得唯一驻点: 因 ,故 恒成立。

经分析可知:

  • 当 时,, 单调递减;
  • 当 时,, 单调递增。

因此,当 时, 取得最小值:

进而可知:

故点 到直线 的距离的最小值 为:

下面证明对任意 ,恒有 。 即证: 由于两边均为正数,平方等价于: 整理得: 因 ,得 ,故上式左边两项均大于 ,不等式显然恒成立。

由此可知,对任意 ,右支上任意点到直线 的距离均大于 。 即在双曲线 的右支上不存在满足条件的点 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:双曲线渐近线方程及斜率表征,点到直线距离公式的极限状态,多元变量导数求最值。
  2. 核心方法:
  • 函数消元与求导:利用双曲线方程将双变量 转化为单变量,通过求导精准锁定距离的边界值。
  • 不等式化简技巧:在最后证明 时,直接平方法极易产生繁复的代数式。通过对项重新组合,提取因式 可以极快完成符号判定。
  1. 避坑指南:
  • 定义域丢失:求导寻找驻点时,切勿忽略双曲线右支的区间限制 ,需验证驻点 是否在定义域内。
  • 去绝对值符号:在距离公式化简中,由于 且 ,分子部分恒为正,应主动去掉绝对值以便于后续求导。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 本题来源于高等几何中关于**“非有界二次曲线外一点到曲线的最短距离”**的经典课题。在解析几何中,双曲线上的点到其外部直线的距离存在极值,且该极值点处的切线必定与已知直线平行。本题利用初等导数手段对这一几何规律进行了严格的代数论证。
  2. 结论推广: 若双曲线方程为 ,直线 的斜率为 (满足 ),则双曲线右支上的动点到直线 的距离下限对应代数式中必包含 项。本题即为 时的特例展示。

🔗【关联脉络】

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