问题 解答题
已知点P1(x0,y0)为双曲线
x2
3b2
-
y2
b2
=1(b>0,b为常数)
上任意一点,F2为双曲线的右焦点,过P1作右准线的垂线,垂足为A,连接F2A并延长交y轴于点P2
(1)求线段P1P2的中点P的轨迹E的方程;
(2)是否存在过点F2的直线l,使直线l与(1)中轨迹在y轴右侧交于R1、R2两不同点,且满足
OR1
OR2
=4b2
,(O为坐标原点),若存在,求直线l的方程;若不存在,请说明理由;
(3)设(1)中轨迹E与x轴交于B、D两点,在E上任取一点Q(x1,y1)(y1≠0),直线QB、QD分别交y轴于M、N点,求证:以MN为直径的圆恒过两个定点.
答案

(1)设点P的坐标为(x,y),

由题意可知,点A(

3b
2
y0),F2(2b,0)

所以,直线AF2的方程为y=

2y0
-b
(x-2b),

令x=0,得y=4y0

即点P2的坐标为(0,4y0

 

x=
x0
2
y=
y0+4y0
2
,可得
x0=2x
y0=
2
5
y

而点P1(x0,y0)在双曲线上,

所以

4x2
3b2
-
4y2
25b2
=1,

即线段P1P2的中点P的轨迹E的方程为:

4x2
3b2
-
4y2
25b2
=1…4分

(2)假设符合题意的直线l存在,显然直线l斜率不为0,而F2(2b,0),

故可设直线l的方程为x=ky+2b,点R1(x3,y3)、R2(x2,y2),

4x2
3b2
-
4y2
25b2
=1
x=ky+2b
⇒(k2-
3
25
)y2+4kby+
13
4
b2=0,

显然,k2-

3
25
≠0,

△>0
y2+y3=
-4kb
k2-
3
25
y2y3=
13b2
4(k2-
3
25
)

由题可知,y2y3=

13b2
4(k2-
3
25
)
<0,

所以k2

3
25

由已知

OR1
OR2
=x2x3+y2y3=(k2+1)y2y3+2kb(y2+y3)+4b2=4b2

13b2(k2+1)
4(k2-
3
25
)
-
8k2b2
k2-
3
25
=0,

k2=

13
19
k2
3
25
矛盾

故不存在符合题意的直线…9分

(3),因为(Ⅰ)中轨迹E的方程为:

4x2
3b2
-
4y2
25b2
=1,

令y=0,则有x=±

3
2
b

不妨设B(-

3
2
b,0),D(
3
2
b,0),

则直线QB的方程为y(x1+

3
2
b)=y1(x+
3
2
b),

令x=0,得M(0,

3
2
by1
x1+
3
2
b
),

直线QD的方程为y(x1-

3
2
b)=y1(x-
3
2
b),

令x=0,得N(0,

-
3
2
by1
x1-
3
2
b
),

以MN为直径的圆的方程为x2+(y-

3
2
by1
x1+
3
2
b
)(y-
-
3
2
by1
x1-
3
2
b
)=0,

x2+y2+

3
2
b2y1
x12-
3
4
b2
y-
3
4
b2y12
x12-
3
4
b2
=0,

点Q(x1,y1)在曲线E上,则有x2-

3b2
4
=
3y12
25

所以,以MN为直径的圆的方程为x2+y2+

25b2
2y1
y-
25b2
4
=0,

当y=0时,恒有x=±

5
2
b,即证以MN为直径的圆恒过两个定点
5
2
b,0)
.…14分

单项选择题
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