本题导读
本题考查双曲线的标准方程与渐近线方程。核心在于待定系数法、联立方程法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2022年新高考II卷) 已知双曲线 的右焦点为 ,渐近线方程为 。
(1)求 的方程;
(2)过 的直线与 的两条渐近线分别交于 两点,点 在 上,且 。过 且斜率为 的直线与过 且斜率为 的直线交于点 。
从下面 ①②③ 中选取两个作为条件,证明另外一个成立。
① 在直线 上;② ;③ 。
注:若选择不同的组合分别解答,则按第一个解答计分。
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问(求方程):利用渐近线斜率 和焦点 ,结合 解出 。
- 第二问(核心突破):这道题的难点在于消去动态的 点,找到 点的轨迹特征。
- 设 ,直线 斜率为 ,直线 斜率为 。将直线方程代入双曲线方程(或者利用交轨法结合点差法),推导出直线 的斜率 与 点坐标之间的绝妙关系:。
- 接下来,设直线 的斜率为 。
- 翻译三个条件: ① 在 上 。 ② 。 ③ 是弦 的中点 且 。
- 只要将这三个代数特征翻译出来,任选两个作为已知方程组,解出 ,必然能满足第三个特征式。
✅【答案】
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(1) 见解析
(2) 证明见解析()
✍【详细解析】
Abstract
(1)求双曲线 的方程
由渐近线确定比例关系:
已知渐近线为 ,对于焦点在 轴的双曲线,渐近线方程为 .
故 ①.
利用焦点坐标确定基本量:
右焦点为 ,则 .
根据双曲线基本量关系 ,得:
.
代入 ① 得 .
得出结论:
双曲线 的方程为 .
(2)证明 ①② ③
【解法一】 1. 求解点 的轨迹特征:
设 .根据题意有:
直线 ;
直线 .
联立以上两式:
由于 在双曲线 上,且 斜率为 ,则由点差法:
.
经过化简(详见原稿推导),可得 满足关系:.
即 在过原点且斜率为 的直线上.
2. 引入条件 ② :
设直线 的斜率为 ,方程为 .
根据 ②,直线 的斜率亦为 ,由轨迹公式知 在直线 上.
3. 引入条件 ① 在直线 上:
联立 所在的平分线与 直线:
.
4. 证明 ③ :
直线 与渐近线 和 分别交于 .
联立 与 得 .
联立 与 得 .
计算线段 的中点横坐标 :
.
观察发现 .
因为 在直线 上,且其横坐标等于 中点的横坐标,故 是线段 的中点.
结论: 成立.
【解法二】 由已知得直线的斜率存在且不为零,直线的斜率不为零, 若选由①②推③或选由②③推①:由②成立可知直线的斜率存在且不为零; 若选①③推②,则为线段的中点,假若直线的斜率不存在,则由双曲线的对称性可知在轴上,即为焦点,此时由对称性可知、关于轴对称,与从而,已知不符; 总之,直线的斜率存在且不为零.
设直线的斜率为,直线方程为, 则条件①在上,等价于; 两渐近线的方程合并为, 联立消去y并化简整理得: 设,线段中点为,则,
设, 则条件③等价于,
移项并利用平方差公式整理得: , ,即, 即;
由题意知直线的斜率为, 直线的斜率为, ∴由,
∴,
所以直线的斜率, 直线,即, 代入双曲线的方程,即中,
得:, 解得的横坐标:, 同理:, ∴ ∴,
∴条件②等价于,
综上所述:
条件①在上,等价于;
条件②等价于;
条件③等价于 ;
选①②推③:
由①②解得:, ∴③成立;
选①③推②:
由①③解得:,, ∴,
∴②成立;
选②③推①:
由②③解得: ,
,
∴,
∴,
∴①成立.
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- “巧妙设法”解交轨:在第一步求 点轨迹特征时,如果设 坐标去强行联立 所在的直线,计算量会大到绝望。逆向思维,把 看作是过定点 的两条斜率固定的直线与双曲线的交点,将二次项巧妙抵消变成一次方程,是解析几何中较高阶的代数变形技巧。
- 广义中点弦性质:对于双曲线 ,除了弦中点满足 之外,若点 为两条斜率互为相反数的切线或特定弦的交点,同样会受到类似比例常数的严格约束(本题中 )。
- 开放式命题的本质:高考卷中出现的“三选二”证明题,其三个条件在代数空间中构成了“相互印证”的完整推理等式。只要能够把一段文字精确翻译成一个代数等式,这类题就变成了纯粹的解方程组游戏。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 极限思想验证:如果在考场上没时间完整推导第一步,可以尝试极限思想:让直线 垂直于 轴(此时 )。此时 关于 轴对称, 必定落在 轴上(即 点),此时 显然成立,且由对称性可知 也必然垂直于 轴,与 平行。这可以在几秒内直觉印证命题的正确性。
🔗【关联脉络】
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