本题导读
本题考查椭圆的标准方程与几何性质,以及双曲线的标准方程与几何性质。
📌【题干】
Question
(2023年上海卷)已知 , 是曲线 上两点,若存在 点,使得曲线 上任意一点 都存在 使得 ,则称曲线 是“自相关曲线”.现有如下两个命题:
①任意椭圆都是“自相关曲线”;
②存在双曲线是“自相关曲线”, 则( )
A. ①成立,②成立 B. ①成立,②不成立
C. ①不成立,②成立 D. ①不成立,②不成立
🔍【思路分析】
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- 转化新定义:设点 到曲线 上所有点的距离集合为 。新定义要求对任意 ,必有 。即距离集合 对倒数映射 具有封闭性。
- 分析命题②(无界性突破):双曲线是无限延伸的无界曲线。若点 在双曲线上,取 与 重合则 ,导致 无解;若点 不在双曲线上, 到双曲线存在最小正距离 。当 趋于无穷远时 ,则要求 ,这与 矛盾。故双曲线必不成立。
- 分析命题①(有界性构造):椭圆是有界闭曲线,点 到椭圆的距离集合为一个闭区间 。若要该区间对倒数封闭,只需满足两端点互为倒数,即 。可通过在长轴延长线上构造特异点 来验证该方程是否有实数解。
✅【答案】
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B
✍【详细解析】
Abstract
第一步:判定命题②(双曲线情形)
采用反证法。假设存在某双曲线 是“自相关曲线”,即存在固定点 ,对任意 ,皆存在 满足 。
- 情况一:若点 在双曲线 上。 由于 是曲线上的任意动点,当 与 重合时,距离 。 代入定义式得:,方程无解。因此点 绝不能在双曲线上。
- 情况二:若点 不在双曲线 上。 因为双曲线是闭合图象外的无界曲线,点 到双曲线 的距离必能取得唯一个正极小值,设为 。即对任意 ,恒有 。 同时,双曲线向两端无限延伸。当动点 沿渐近线方向趋于无穷远处时, 。 由于必然存在点 使得 ,依据自相关定义,必须在曲线上寻找到对应的点 满足: 此结论与 的绝对下界约束相矛盾。
综上所述,没有任何双曲线能够满足“自相关曲线”的定义,故命题②不成立。
第二步:判定命题①(椭圆情形)
设任意椭圆的标准方程为 。 我们要证明:总能寻找到一个中心对称轴上的点 ,使得椭圆上任意点到 的距离集合对倒数变换封闭。
尝试在 轴正半轴的椭圆外部构造点 ,其中 。 设椭圆上任意动点为 ,其横坐标约束为 。 点 到点 的距离平方为:
将 代入上式以消去元 :
这是一个关于 的二次函数,由于 ,二次项系数 。
- 当 时(椭圆退化为圆), ,在 上显然单调递减;
- 当 时,该二次函数开口向上,其对称轴为: 由于 且 ,必有 。
因此,无论椭圆扁平率如何,距离平方函数在定义域区间 上均恒单调递减。 由此可精确提取出距离的最值端点:
- 当 时(右顶点),距离取得极小值:;
- 当 时(左顶点),距离取得极大值:。
由于距离函数在闭区间上是连续变化的,其输出的距离集合为 。 要使该闭区间内的元素取倒数后仍落在该区间内,只需使区间的两端点刚好互为倒数,即:
因为 ,则 恒成立,表明该点 在长轴外侧必然存在。 此时距离集合为 。对任意 ,由于两端点积为 1,其倒数 必有: 即 恒成立。由函数的连续性可知,必存在对应的点 契合条件。
综上所述,任意椭圆皆为“自相关曲线”,命题①成立。
结论为①成立,②不成立。
故选:B。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:圆锥曲线的空间有界性特征、连续函数在紧致集上的最值有界性、二次函数区间单调性的代数判定。
- 核心方法:构造法(判定椭圆)、极限分析法与排他性反证法(判定双曲线)。
- 避坑指南:
- 陷入繁琐代数联立:部分学生在面对双曲线命题时,试图通过列出双曲线方程并与 进行大面积的代数运算,这会导致运算崩溃。必须化归到“有界与无界”的几何直观,利用无穷远点的极限行为实施快速求解。
- 单调性对称轴判定遗漏:在求椭圆最值距离时,必须严格通过 论证二次函数的对称轴 位于区间 的右侧,从而确立单调性,才能断定最值必然在两顶点处取得。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
方法推广:待补
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