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 \( |MA| = |MB| \).
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:
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:
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!
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!
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。
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!
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