已知双曲线 $C:\dfrac {x^2}{a^2}-\dfrac {y^2}{b^2}=1$($a>0$,$b>0$)的离心率为 $2$,过点 $P(0,m)$($m>0$)斜率为 $1$ 的直线 $l$ 交双曲线 $C$ 于 $A$、$B$ 两点,且 $\overrightarrow {AP}=3\overrightarrow {PB}$,$\overrightarrow {OA}\cdot \overrightarrow {OB}=3$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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求双曲线方程;标注答案$x^2-\dfrac {y^2}{3}=1$解析由双曲线的离心率为 $2$ 知,$c=2a$,$b=\sqrt 3a$,双曲线为 $\dfrac {x^2}{a^2}-\dfrac {y^2}{3a^2}=1$.又直线 $l$ 方程为 $y=x+m$.由$$\begin{cases}\dfrac {x^2}{a^2}-\dfrac {y^2}{3a^2}=1,\\y=x+m,\end{cases}$$得$$2x^2-2mx-m^2-3a^2=0.\quad \cdots \cdots \text{ ① }$$设 $A(x_1,y_1)$、$B(x_2,y_2)$,则$$x_1+x_2=m,\quad x_1x_2=\dfrac {-m^2-3a^2}{2}.$$因为 $\overrightarrow {AP}=3\overrightarrow {PB}$,所以$$(-x_1,m-y_1)=3(x_2,y_2-m),$$得 $x_1=-3x_2$,结合 $x_1+x_2=m$,解得 $x_1=\dfrac 32m$,$x_2=-\dfrac 12m$.代入 $x_1x_2=\dfrac {-m^2-3a^2}{2}$,得$$-\dfrac 34m^2= \dfrac {-m^2-3a^2}{2},$$化简得$$m^2=6a^2.$$又因为\[\begin{split}\overrightarrow {OA}\cdot \overrightarrow {OB}&=x_1x_2+y_1y_2\\&=x_1x_2+(x_1+m)(x_2+m)\\&=2x_1x_2+m(x_1+x_2)+m^2\\&=m^2-3a^2\\&=3a^2=3,\end{split}\]所以,$a^2=1$.此时,$m=\sqrt 6$,代入 ①,整理得$$2x^2-2\sqrt 6x-9=0,$$显然该方程有两个不同的实根.因此,$a^2=1$ 符合要求.
故,双曲线 $C$ 的方程为 $x^2-\dfrac {y^2}{3}=1$. -
设 $Q$ 为双曲线 $C$ 右支上动点,$F$ 为双曲线 $C$ 的右焦点,在 $x$ 轴负半轴上是否存在定点 $M$ 使得 $\angle QFM=2\angle QMF$?若存在,求出点 $M$ 的坐标;若不存在,请说明理由.标注答案满足条件的点 $M$ 存在,其坐标为 $(-1,0)$解析假设点 $M$ 存在,设 $M(t,0)$.由(1)知,双曲线右焦点为 $F(2,0)$.设 $Q(x_0,y_0)$($x_0 \geqslant 1$)为双曲线 $C$ 右支上一点.
当 $x_0 \neq 2$ 时,\[\begin{split} \tan \angle QFM&=-k_{QF}=-\dfrac {y_0}{x_0-2},\\ \tan \angle QMF&=k_{QM}=\dfrac {y_0}{x_0-t}.\end{split}\]因为 $\angle QFM=2\angle QMF$,所以$$-\dfrac {y_0}{x_0-2}=\dfrac {2\times\dfrac {y_0}{x_0-t} }{1-\left(\dfrac {y_0}{x_0-t}\right)^2}.$$将 $y_0^2=3x_0^2-3$ 代入,并整理得$$-2x_0^2+(4+2t)x_0-4t=-2x_0^2-2tx_0+t^2+3.$$所以$$\begin{cases}4+2t=-2t,\\ -4t=t^2+3,\end{cases}$$解得 $t=-1$.
当 $x_0 =2$ 时,$ \angle QFM=90^{\circ}$,而 $t=-1$ 时,$ \angle QMF=45^{\circ}$,符合 $\angle QFM=2\angle QMF$.
因此,$t=-1$ 符合要求.满足条件的点 $M$ 存在,其坐标为 $(-1,0)$.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2