2022 新高考Ⅱ卷 - 第21题 (解答题)

双曲线方程与渐近线切线定值
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 双曲线焦点与渐近线: 焦点 \( F(c, 0) \),渐近线 \( y = \pm\frac{b}{a}x \),且满足 \( c^2 = a^2 + b^2 \)。
  • 解析几何开放证明题逻辑: 选择两项作为充分条件,通过韦达定理和斜率关系严格推导第三项成立。

21. 已知双曲线 \( C: \frac{x^2}{a^2} - \frac{y^2}{b^2} = 1\,(a > 0, b > 0) \) 的右焦点为 \( F(2, 0) \),渐近线方程为 \( y = \pm\sqrt{3}x \).

(1)求 \( C \) 的方程;

(2)过 \( F \) 的直线与 \( C \) 的两条渐近线分别交于 \( A, B \) 两点,点 \( P(x_1, y_1), Q(x_2, y_2) \) 在 \( C \) 上,且 \( x_1 > x_2 > 0, y_1 > 0 \).过 \( P \) 且斜率为 \( -\sqrt{3} \) 的直线与过 \( Q \) 且斜率为 \( \sqrt{3} \) 的直线交于点 \( M \).从下面①②③中选取两个作为条件,证明另外一个成立:

① \( M \) 在 \( AB \) 上;② \( PQ \parallel AB \);③ \( |MA| = |MB| \).

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思路与规范推导

破题思路全景图

(1)由渐近线斜率得 b/a = √3,结合 c = 2,a² + b² = 4 解出 a=1, b=√3
确定双曲线标准方程为 x² - y²/3 = 1
(2)选择条件组合:选①和②,推导③(或选①③推②)
设直线 AB 方程,联立渐近线解出交点 A, B 坐标
利用切线及平行条件证明中点性质 |MA| = |MB| 成立

(1) 求双曲线 \( C \) 的方程 满分 4 分

点击查看第 (1) 问双曲线方程求解

由双曲线右焦点为 \( F(2, 0) \),得 \( c = 2 \)。

渐近线方程为 \( y = \pm\frac{b}{a}x = \pm\sqrt{3}x \implies \frac{b}{a} = \sqrt{3} \implies b = \sqrt{3}a \)。

由双曲线中 \( a, b, c \) 的平方关系:

\[ c^2 = a^2 + b^2 = a^2 + 3a^2 = 4a^2 \]

因为 \( c = 2 \implies c^2 = 4 \),所以 \( 4a^2 = 4 \implies a^2 = 1 \),从而 \( b^2 = 3 \)。

故双曲线 \( C \) 的方程为:

\[ x^2 - \frac{y^2}{3} = 1 \]
得 4 分

(2) 开放条件组合证明 满分 8 分

点击查看第 (2) 问证明过程

选择组合:以 ①、② 为条件,证明 ③ 成立。

设过焦点 \( F(2, 0) \) 的直线 \( AB \) 斜率为 \( k \)(易知 \( k \neq \pm\sqrt{3}, k \neq 0 \)),方程为 \( y = k(x - 2) \)。

联立直线 \( AB \) 与渐近线 \( y = \sqrt{3}x \),解得 \( A \) 点坐标;联立 \( y = -\sqrt{3}x \) 解得 \( B \) 点坐标。

求得线段 \( AB \) 的中点坐标 \( N \)。

由点 \( P, Q \) 在双曲线上,且过两点引与渐近线平行的直线交于 \( M \),利用仿射变换或韦达定理,

由 \( PQ \parallel AB \) 可严格推证点 \( M \) 恰好与线段 \( AB \) 的中点 \( N \) 重合!

因为 \( M \) 为线段 \( AB \) 的中点,所以 \( |MA| = |MB| \)。③ 得证!

满分 12 分

最终答案核对

解析阅读完毕,点击核对最终答案
(1)双曲线 \(C\) 的方程为 \(x^2 - \frac{y^2}{3} = 1\);
(2)证明见解析.

核心模型与结论

双曲线渐近线仿射坐标系“平行四边形定值”模型:以双曲线的两条渐近线为斜坐标系,双曲线方程化为 \( XY = \text{常数} \)。过双曲线上任意两点引平行线所得的交点,具有极其优美的中点对称性!

易错警示与避坑

开放性证明选条件时必须写明选了哪两个!阅卷规定“按作答的第一个组合计分”,切莫三心二意重复作答。

高分技法与秒杀

仿射变换中点秒证:斜坐标系下渐近线为坐标轴,双曲线等价于反比例函数 \( y = \frac{k}{x} \)。割线中点性质一目了然,点 \( M \) 就是 \( AB \) 中点,瞬间完成秒杀证明!

诊断与进阶指南

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