本题导读

本题考查双曲线的标准方程与性质。核心在于坐标法、定义法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2020年上海卷)已知双曲线 与圆 () 交于点 (第一象限),曲线 为 上取满足 的部分。

(1)若 ,求 的值;

(2)当 , 与 轴交点记作点 , 是曲线 上一点,且在第一象限,且 ,求 ;

(3)过点 斜率为 的直线 与曲线 只有两个交点,记为 ,用 表示 ,并求 的取值范围。

🔍【思路分析】

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  1. 第一问:联立方程消去 得到关于 和 的关系式,代入 求解。
  2. 第二问:识别 恰好是双曲线的焦点。利用双曲线定义求出另一条焦半径 ,再通过余弦定理求角。
  3. 第三问:
  • 判定位置关系:通过点到直线距离公式发现直线 始终是圆 的切线。
  • 确定交点分布:利用直线斜率与双曲线渐近线斜率相同的特点,判定直线与双曲线段仅有一个交点,从而另一个交点必须落在圆弧段上。
  • 向量转化:利用圆的切线性质,发现 恰好是 在 上的投影,从而将数量积简化为半径的平方。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

(1)求 的值 由 ,点 为 与 的交点,联立方程组: 代入 得 。 代入圆方程:。 因为 ,所以 。

(2)求 由题意,双曲线 的 ,则 。 圆 ,与 轴交点为 ,恰为双曲线的左右焦点。 由双曲线定义可知 。 已知 ,由于 在第一象限(右支),则 。 在 中,。 由余弦定理得:。 由于 ,得 。

(3)求 及其取值范围 设直线 。 原点 到直线 的距离 。 因为 等于圆 的半径,所以直线 是圆的切线。设切点为 。 由 ,联立 与圆方程得 。 注意直线 的斜率 与双曲线的负斜率渐近线平行,故直线 与双曲线段只有一个交点。 要使直线与曲线 有两个交点,必须满足 。 联立双曲线与圆方程解得 。 由 (负值舍去)。 因为 是切点,,则 为 在 上的投影。 故 。 由 得 。 所以 ,取值范围为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 隐含的焦点:圆的半径 与双曲线半焦距 的数值完全重合,这是第二问几何法解题的关键。
  2. 切线投影性质:第三问中利用“圆心到切线的射影即为切点”这一几何特性,直接得出 ,避免了极其繁琐的坐标运算。
  3. 渐近线平行:直线斜率 的设定暗示了直线与双曲线支的交点个数唯一,这是判定“两个交点”分布情况的重要前提。

📖【试题探源与推广】

Tip

  • 结论的推广:
    • 对于圆 上的任意切线,若点 在切线上, 为切点,则 。
  • 方法的推广:
    • 几何意义优先:在处理涉及圆、球或圆锥曲线切线的数量积问题时,优先寻找垂直关系或投影关系,往往比代数联立韦达定理快得多。

🔗【关联脉络】

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