问题 解答题
已知双曲线
x2
a2
-
y2
b2
=1(a>0,b>0)
的右准线l2与一条渐近线l交于点P,F是双曲线的右焦点.
(Ⅰ)求证:PF⊥l;
(Ⅱ)若|PF|=
2
,且双曲线的离心率e=
3
,求该双曲线的方程;
(Ⅲ)若过点A(2,1)的直线与(Ⅱ)中的双曲线交于两点P1,P2,求线段P1P2的中点M的轨迹方程.
答案

(Ⅰ)证明:右准线为x=

a2
c
,由对称性,不妨设渐近线l为y=
b
a
x
,则P(
a2
c
ab
c
)

又F(c,0),∴kPF=

ab
c
-0
a2
c
-c
=-
a
b

又∵kl=

b
a
,∴kPFkl=-
a
b
b
a
=-1
,∴PF⊥l;

(Ⅱ)∵|PF|为F(c,0)到l:bx-ay=0距离,∴

|bc|
a2+b2
=
2
,即b=
2

e=

c
a
=
3
,∴
a2+b2
a2
=3
,解得a2=1.

故双曲线方程为x2-

y2
2
=1;

(Ⅲ)设M(x,y),

当过点A的直线斜率存在时,设直线方程为y-1=k(x-2),

y-1=k(x-2)
x2-
y2
2
=1

可得(2-k2)x2-2k(1-2k)x-(1-2k)2-2=0.

当(2-k2)≠0,△=(1-2k)24k2+4(2-k2)[(1-2k)2+2]>0时,

设P1(x1,y1),P2(x2,y2),∴x=

x1+x2
2
=
k(1-2k)
2-k2
(1)y=
y1+y2
2
=
k(x1+x2)-4k+2
2
=
2(1-2k)
2-k2
(2)

k=

1
2
时,此时M(0,0).

k≠

1
2
时,显然y≠0.此时(1)÷(2)得k=
2x
y
,将其代入(2),

y
2
=
y(y-4x)
2y2-4x2
.∵y≠0,∴有2x2-y2-4x+y=0.显然(0,0)也满足此方程.

当直线的斜率不存在时,此时直线方程为x=2,则P1P2中点为(2,0)符合上式.

综上可知,M点的轨迹方程为2x2-y2-4x+y=0.

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