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28解析几何★★★★☆
已知点 F1F_{1},F2F_{2} 依次为双曲线 CC:x2a2−y2b2=1\frac{x^{2}}{a^{2}}-\frac{y^{2}}{b^{2}}=1(aa,b>0b>0)的左右焦点,∣F1F2∣=6\left|F_{1}F_{2}\right|=6,B1(0,−b)B_{1}(0,-b),B2(0,b)B_{2}(0,b)
(1) 若 a=5a=\sqrt{5},以 d=(3,−4)\boldsymbol{d}=(3,-4) 为方向向量的直线 ll 经过 B1B_{1},求 F2F_{2} 到 ll 的距离; (2) 若双曲线 CC 上存在点 PP,使得 PB1→⋅PB2→=−2\overrightarrow{PB_{1}} \cdot \overrightarrow{PB_{2}} = -2,求实数 bb 的取值范围.
\begin{solution} 由双曲线焦半距关系 c2=a2+b2c^2=a^2+b^2,以及 ∣F1F2∣=2c=6|F_1F_2|=2c=6,得 c=3c=3.
\begin{enumerate} \item 当 a=5a=\sqrt5 时,b2=32−a2=4b^2=3^2-a^2=4,所以 b=2b=2,即 B1=(0,−2)B_1=(0,-2)、F2=(3,0)F_2=(3,0). 直线 ll 的方向向量为 (3,−4)(3,-4),故可取法向量 (4,3)(4,3). 由直线经过 B1B_1,其方程为 4x+3y+6=04x+3y+6=0. 因此
d(F2,l)=∣4⋅3+3⋅0+6∣42+32=185d(F_2,l)=\frac{|4\cdot3+3\cdot0+6|}{\sqrt{4^2+3^2}}=\frac{18}{5}
\item 设 P=(x,y)P=(x,y). 则 PB1→=(−x,−b−y)\overrightarrow{PB_1}=(-x,-b-y)、PB2→=(−x,b−y)\overrightarrow{PB_2}=(-x,b-y),所以
PB1→⋅PB2→=x2+y2−b2=−2\overrightarrow{PB_1}\cdot\overrightarrow{PB_2}=x^2+y^2-b^2=-2
即 x2+y2=b2−2x^2+y^2=b^2-2. 记 t=b2t=b^2,则 0<t<90<t<9,且由 x2+y2=t−2x^2+y^2=t-2 必有 t≥2t\geq2. 又双曲线方程为 x29−t−y2t=1\frac{x^2}{9-t}-\frac{y^2}{t}=1. 令 X=x2X=x^2、Y=y2Y=y^2,联立
{X+Y=t−2,X9−t−Yt=1.\begin{cases} X+Y=t-2,\\ \dfrac{X}{9-t}-\dfrac{Y}{t}=1. \end{cases}
由第一式得 Y=t−2−XY=t-2-X,代入第二式,得
X9−t−t−2−Xt=1⟹9Xt(9−t)=2(t−1)t⟹X=2(9−t)(t−1)9\frac{X}{9-t}-\frac{t-2-X}{t}=1 \Longrightarrow \frac{9X}{t(9-t)}=\frac{2(t-1)}{t} \Longrightarrow X=\frac{2(9-t)(t-1)}9
于是 Y=t−2−X=t(2t−11)9Y=t-2-X=\frac{t(2t-11)}9. 因为 X≥0X\geq0、Y≥0Y\geq0,且 2≤t<92\leq t<9,所以只需 2t−11≥02t-11\geq0,即 t≥112t\geq\frac{11}{2}. 反之,当 112≤t<9\frac{11}{2}\leq t<9 时,上述 XX,YY 均非负,取相应的 xx,yy 即可得到双曲线上的点 PP. 因此
112≤b2<9\frac{11}{2}\leq b^2<9
即 112≤b<3\sqrt{\frac{11}{2}}\leq b<3. \end{enumerate} \end{solution}

2015 · 上海 · 春季 · 第 28 题 · 解答题

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22解析几何★★★★☆
如图,过圆 OO 外一点 MM 作它的一条切线. 切点为 AA,过 AA 点作直线 APAP 垂直直线 OMOM,垂足为 PP.
(1) 证明: OM⋅OP=OA2OM \cdot OP = OA^2; (2) NN 为线段 APAP 上一点,直线 NBNB 垂直直线 ONON,且交圆 OO 于 BB 点. 过 BB 点的切线交直线 ONON 于 KK. 证明: ∠OKM=90∘\angle OKM = 90^{\circ}.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 因为 OA⊥AMOA\perp AM,且 AP⊥OMAP\perp OM,所以三角形 OAMOAM 与三角形 OPAOPA 都是直角三角形. 又它们在点 OO 处有相同的夹角,故 △OAM∼△OPA\triangle OAM\sim\triangle OPA. 由对应边关系
OPOA=OAOM\frac{OP}{OA}=\frac{OA}{OM}
得 OM⋅OP=OA2OM\cdot OP=OA^2. \item 取 OMOM 为 xx 轴,设圆半径为 r=OAr=OA,并记 O=(0,0)O=(0,0)、M=(m,0)M=(m,0)、P=(p,0)P=(p,0). 由第(1)问,mp=r2mp=r^2. 因为 AP⊥OMAP\perp OM,可设 N=(p,n)N=(p,n). 由
NB→⊥ON→\overrightarrow{NB}\perp\overrightarrow{ON}
得
OB→⋅ON→=∣ON∣2\overrightarrow{OB}\cdot\overrightarrow{ON}=|ON|^2
圆在点 BB 处的切线方程为 OB→⋅OX→=r2\overrightarrow{OB}\cdot\overrightarrow{OX}=r^2. 由于 KK 在直线 ONON 上,设 OK→=λON→\overrightarrow{OK}=\lambda\overrightarrow{ON},代入切线方程并利用上式,得 λ∣ON∣2=r2\lambda|ON|^2=r^2,OK→=r2∣ON∣2ON→\overrightarrow{OK}=\frac{r^2}{|ON|^2}\overrightarrow{ON}. 于是 ∣OK∣2=r4∣ON∣2|OK|^2=\frac{r^4}{|ON|^2},OM→⋅OK→=r2mp∣ON∣2=r4∣ON∣2=∣OK∣2\overrightarrow{OM}\cdot\overrightarrow{OK}=\frac{r^2mp}{|ON|^2}=\frac{r^4}{|ON|^2}=|OK|^2. 所以 KO→⋅KM→=0\overrightarrow{KO}\cdot\overrightarrow{KM}=0,即 ∠OKM=90∘\angle OKM=90^{\circ}. \end{enumerate} \end{solution}

2008 · 全国 · 新课程卷 · 理 · 第 22 题 · 解答题

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22解析几何★★★★☆
如图,过圆 OO 外一点 MM 作它的一条切线. 切点为 AA,过 AA 点作直线 APAP 垂直直线 OMOM,垂足为 PP.
(1) 证明:OM⋅OP=OA2OM \cdot OP = OA^2; (2) NN 为线段 APAP 上一点,直线 NBNB 垂直直线 ONON,且交圆 OO 于 BB 点. 过 BB 点的切线交直线 ONON 于 KK. 证明:∠OKM=90∘\angle OKM = 90^{\circ}.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设圆 OO 的半径为 rr. 因为 MAMA 是切线,所以 OA⊥MAOA\perp MA,从而 △OAM\triangle OAM 是直角三角形. 又 AP⊥OMAP\perp OM,所以 APAP 是直角三角形 OAMOAM 斜边 OMOM 上的高. 由直角三角形斜边上的高的性质,得 OA2=OM⋅OPOA^{2}=OM\cdot OP.
\item 建立平面直角坐标系,使 OO 为原点,OMOM 为 xx 轴. 设 M(m,0)M(m,0),A(p,q)A(p,q),且 p2+q2=r2p^{2}+q^{2}=r^{2}. 因为 OA⊥MAOA\perp MA,有 (p,q)⋅(m−p,−q)=0(p,q)\cdot(m-p,-q)=0,即 mp=p2+q2=r2mp=p^{2}+q^{2}=r^{2}. 由 AP⊥OMAP\perp OM,得 P(p,0)P(p,0). 设 N(p,n)N(p,n),并记 s=p2+n2s=p^{2}+n^{2}. 直线 NB⊥ONNB\perp ON,所以若 B(u,v)B(u,v),则
{p(u−p)+n(v−n)=0,pu+nv=s\begin{cases} p(u-p)+n(v-n)=0,\\ pu+nv=s \end{cases}
圆在 BB 点的切线方程为 ux+vy=r2ux+vy=r^{2}. 设切线与直线 ONON 的交点为 KK. 因为 K∈ONK\in ON,可设 K=λ(p,n)K=\lambda(p,n). 将其代入 BB 点的切线方程,得到 λ(pu+nv)=λs=r2\lambda(pu+nv)=\lambda s=r^{2},所以 λ=r2s\lambda=\frac{r^{2}}{s},于是 K=r2s(p,n)K=\frac{r^{2}}{s}(p,n). 由 M=(m,0)M=(m,0) 及 mp=r2mp=r^{2},有
KO→⋅KM→=(−K)⋅(M−K)=∣K∣2−K⋅M=r4s−r2smp=0\overrightarrow{KO}\cdot\overrightarrow{KM} =(-K)\cdot(M-K) =|K|^{2}-K\cdot M =\frac{r^{4}}{s}-\frac{r^{2}}{s}mp =0
故 OK⊥KMOK\perp KM,即 ∠OKM=90∘\angle OKM=90^{\circ}. \end{enumerate} \end{solution}

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