同一骨架 2018 年天津预赛 第 14 题 · P010166
把切点坐标吸收到切线系数中,点在双曲线上的条件便变成系数间的二次恒等式;随切点变化的垂足距离或渐近线截距乘积因此可以整体消去参数。
前题用法向量投影,距离要除法向量模且排除竖切线;后题用两渐近线上的交点参数,须先证同号,竖切线反而仍是允许构型。
双曲线切线上的焦点垂足
在平面直角坐标系 中,双曲线
的左、右焦点分别为 。若直线 是过 右支上点 的切线,且 不与 轴垂直。过点 分别作直线 的垂线,垂足为 。
(1)证明:点 均在以 为圆心、 为半径的圆上,并且 ,;
(2)证明: 是定值。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
先回想这道题的想法,再试试当前题。
直线 的法向量为 ;点 的垂足为 。法向量非零,分母为正。
想法从哪来:切点坐标同时出现在切线、焦点垂足和距离公式中,直接保留它们会反复展开。先把切点坐标吸收到切线法向量,使切线右侧固定为一;原双曲线方程随之变成法向量的一个二次恒等式。 垂足可以统一按两个焦点横坐标的正负写出,计算其到原点的距离时,成对交叉项会化为同一个恒等式,从而显出定圆。想证明平行,则比较垂足位置向量与另一焦半径向量的分量,提取同一个比例系数。最后两焦点到直线距离的乘积,又正好是前面那个平方差的绝对值除法向量模平方,整套结论因此共用一个核心消元,而非三次独立计算。
把切线写成法向量形式 ,垂足向量、点到直线距离以及双曲线的对偶恒等式可以在同一组符号下统一计算。
记
令
则切线 的方程为
并且由 得
题设排除了竖直切线,所以 ,从而 。
统一记 ,其中 分别对应 。由垂足公式, 在 上的垂足 满足
由(1)以及 ,有
利用(2)计算得
故 都在以 为圆心、 为半径的圆上。
又因为 ,将(3)代入(2)整理可得
因此
(2)由点到直线的距离公式,
结合(3),得到
所以该乘积为定值。
垂足公式中的法向量为 ;(3)同时复核了圆半径和距离乘积两个关键结论。右顶点处切线竖直且 ,正是题设排除的情形。
二次曲线切线问题可把切点坐标吸收到法向量中。曲线方程会转成法向量的二次恒等式,从而同时控制垂足的模、方向与焦点到切线的距离。
要统一两焦点的投影表达式,发现曲线约束导出的核心恒等式,同时推出定圆、平行和距离积。
同一骨架 2018 年天津预赛 第 14 题 · P010166
把切点坐标吸收到切线系数中,点在双曲线上的条件便变成系数间的二次恒等式;随切点变化的垂足距离或渐近线截距乘积因此可以整体消去参数。
前题用法向量投影,距离要除法向量模且排除竖切线;后题用两渐近线上的交点参数,须先证同号,竖切线反而仍是允许构型。
已记下,谢谢!