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26解析几何★★★★★
双曲线的中心在坐标原点 OO,焦点在 xx 轴上,过双曲线右焦点且斜率为 35\sqrt{\frac{3}{5}} 的直线交双曲线于 PP,QQ 两点,若 OP⊥OQOP\perp OQ,∣PQ∣=4|PQ|=4,求双曲线的方程.
\begin{solution} 设双曲线方程为 x2a2−y2b2=1\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2}=1,其中 a>0a>0、b>0b>0,焦距的一半为 cc,则 c2=a2+b2c^2=a^2+b^2. 令 m=35m=\sqrt{\frac35},右焦点为 (c,0)(c,0),所给直线为 y=m(x−c)y=m(x-c). 设它与双曲线的两个交点的横坐标为 x1x_1,x2x_2,代入双曲线方程并整理,得
(5b2−3a2)x2+6a2cx−3a2c2−5a2b2=0\left(5b^2-3a^2\right)x^2+6a^2cx-3a^2c^2-5a^2b^2=0
若 5b2−3a2=05b^2-3a^2=0,直线与双曲线的一条渐近线平行,不能有两个交点,故 5b2−3a2≠05b^2-3a^2\ne0. 由根与系数的关系,记 S=x1+x2S=x_1+x_2、T=x1x2T=x_1x_2,则 S=−6a2c5b2−3a2S=-\frac{6a^2c}{5b^2-3a^2},T=−a2(3c2+5b2)5b2−3a2T=-\frac{a^2(3c^2+5b^2)}{5b^2-3a^2}.
交点坐标为 P=(x1,m(x1−c))P=(x_1,m(x_1-c))、Q=(x2,m(x2−c))Q=(x_2,m(x_2-c)). 由 OP⊥OQOP\perp OQ,得
0=x1x2+m2(x1−c)(x2−c)=T+35(T−cS+c2)0=x_1x_2+m^2(x_1-c)(x_2-c)=T+\frac35(T-cS+c^2)
即 8T−3cS+3c2=08T-3cS+3c^2=0. 代入 SS,TT 得
−8a2(3c2+5b2)+18a2c2+3c2(5b2−3a2)5b2−3a2=0\frac{-8a^2(3c^2+5b^2)+18a^2c^2+3c^2(5b^2-3a^2)}{5b^2-3a^2}=0
再用 c2=a2+b2c^2=a^2+b^2 化简为 3b4−8a2b2−3a4=03b^4-8a^2b^2-3a^4=0,即 (3b2+a2)(b2−3a2)=0(3b^2+a^2)(b^2-3a^2)=0. 因为 aa,b>0b>0,所以 b2=3a2b^2=3a^2,从而 c=2ac=2a.
此时由上面的根与系数关系得 S=−aS=-a、T=−9a24T=-\frac{9a^2}{4},故 (x2−x1)2=S2−4T=10a2(x_2-x_1)^2=S^2-4T=10a^2. 又因两点在斜率为 mm 的直线上,∣PQ∣2=(1+m2)(x2−x1)2=85⋅10a2=16a2|PQ|^2=(1+m^2)(x_2-x_1)^2=\frac85\cdot10a^2=16a^2. 由 ∣PQ∣=4|PQ|=4,得 a2=1a^2=1,于是 b2=3b^2=3. 所求双曲线方程为 x2−y23=1\boxed{x^2-\frac{y^2}{3}=1}. \end{solution}

1991 · 全国 · 理 · 第 26 题 · 解答题

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