本题导读
本题考查双曲线的定义与标准方程。核心在于轨迹分析法、直线参数方程法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2021年新高考I卷)在平面直角坐标系 中,已知点 ,,点 满足 。记 的轨迹为 。
(1)求 的方程;
(2)设点 在直线 上,过 的两条直线分别交 于 两点和 两点,且 ,求直线 的斜率与直线 的斜率之和。
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问(轨迹方程):
- 根据双曲线的第一定义:平面内与两定点距离之差的绝对值为常数的轨迹。本题中没有绝对值,且 ,说明 靠近 ,轨迹仅为双曲线的右支。
- 利用 和 求出 。
- 第二问(斜率之和):
- 点 的设定:设 。
- 核心工具——参数方程:处理过定点的弦长积 ,使用直线的参数方程 最为简洁,因为参数 直接等价于距离积。
- 建立等式:将参数方程代入双曲线方程,利用韦达定理表示出 。由已知条件 建立关于两个直线倾斜角(或斜率)的等式。
- 逻辑推理:通过代数化简得出斜率平方相等,结合两条直线不重合的条件,判定斜率互为相反数。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
(1)求轨迹 的方程:
识别曲线类型:
已知 .根据双曲线定义,由于 ,且差值为正,点 的轨迹是以 为焦点的双曲线的右支.
确定参数:
;
半焦距 ;
根据 ,得 .
写出方程:
轨迹 的方程为:(其中 ).
(2)求直线 与 的斜率之和:
设点坐标与参数方程:
设点 .
设直线 的倾斜角为 ,其参数方程为:
( 为参数).
联立方程推导距离积:
将参数方程代入 :
整理得:
根据参数的几何意义,.
由于 在右支上,且 在直线 上(位于双曲线左侧),故 同号:
利用等量关系推导斜率关系:
同理,设直线 的倾斜角为 ,则 .
已知 ,得:
由题意直线 与 不重合,故 .
因此 ,即 .
判定斜率之和:
由于 与 为两条不同的直线,则 ,故必有 .
所以 .
(法二)设,直线的方程为,
,,,,设,
将直线方程代入的方程化简并整理可得,,
由韦达定理有,,
又由可得,
同理可得,
\therefore$$\vert AT\vert \vert BT\vert =(1+{{k}_{1}}^{2})({x}_{1}-\frac{1}{2})({x}_{2}-\frac{1}{2})=\frac{(1+{{k}_{1}}^{2})({t}^{2}+12)}{{{k}_{1}}^{2}-16},
设直线的方程为,
设,
同理可得,
又,
则,化简可得,
又,则,即,即直线的斜率与直线
的斜率之和为0.
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 参数方程的威力:在处理“过定点的弦长积”问题时,直线的参数方程具有天然优势。它避开了繁琐的欧氏距离公式和根号运算,直接通过常数项与二次项系数之比(韦达定理)解决。
- 几何不变量的提取:本题中 的分子 仅取决于定点 和曲线常数,而分母则完全由直线的方向(斜率)决定。这种“分子无关性”是证明斜率对称性的前提。
- 避坑指南:
- 定义陷阱:第一问中 必须明确轨迹是“右支”,漏掉 会导致扣分。
- 判别式与存在性:虽然是证明题,但在联立方程时,理论上需保证 以及直线与右支相交的条件。在填空或简答中,通常默认存在性,但在严谨证明中需留意直线斜率的取值范围。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 结论推广:对于一般的圆锥曲线 ,若点 在某条平行于轴的直线上,且满足类似的弦长积相等条件,其斜率之和(或之积)往往呈现某种定值特性。
- 变式思考:如果将条件改为 为定值,点 的轨迹会是什么? (提示:这涉及到阿波罗尼奥斯圆或类似的等幂曲线性质,可利用参数方程的分母项进行反向构造。)
🔗【关联脉络】
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