若椭圆或双曲线上存在点 $P$,使得点 $P$ 到两个焦点的距离之比为 $2:1$,则称此椭圆或双曲线存在“$K$ 点”,下列曲线中存在“$K$ 点”的是 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
D
【解析】
我们需要将“点 $P$ 到两个焦点的距离之比为 $2:1$”这一信息进行转化.
方案一 到两个定点的距离之比为 $2:1$ 的点的轨迹为圆(阿波罗尼斯圆),因此原问题就是椭圆(或双曲线)与两个圆是否存在公共点的问题.每个选项对应不同的圆,还需要考虑是否存在交点,并不简单,暂时舍弃这个方案.
方案二 考虑椭圆(或双曲线)上的点到两个焦点的距离之比的取值范围.为了方便起见,考虑“较大的”比上“较小的”.
对于椭圆来说,这个比值的最小值为 $1$,因为椭圆上一点到两个焦点的距离之和为定值,所以这个比值的最大值只需要考虑椭圆上一点到焦点的最大距离,显然为 $a+c$,于是比值的范围为$$\left[1,\dfrac {a+c}{a-c}\right].$$对于双曲线来说,设双曲线上的点到较近焦点的距离为 $m$,则这个比值为 $\dfrac {2a+m}{m}=\dfrac {2a}{m}+1$,因为 $m\in[c-a,+\infty)$,所以比值的取值范围为$$\left(1,\dfrac {c+a}{c-a}\right ].$$各个选项在这个比值上的取值范围分别为$$\left[1,\dfrac 53\right],\left[1,\dfrac 32\right ],\left(1,\dfrac 53\right ],\left(1,\dfrac {\sqrt 2+1}{\sqrt 2-1}\right ],$$由此判断只有选项 D 满足要求.
方案三 由点 $P$ 到两个焦点的距离之比为 $2:1$ 计算出点 $P$ 对应的焦半径,再根据焦半径的范围去估计椭圆或双曲线的离心率.
对于椭圆,由点 $P$ 到两个焦点的距离之比为 $2:1$ 知焦半径分别为 $\dfrac {4a}{3}$ 与 $\dfrac{2a}{3}$.而椭圆的焦半径的取值范围为 $[a-c,a+c]$,所以有 $\dfrac 23a\geqslant a-c$,解得 $e\geqslant \dfrac 13$.类似地考虑双曲线,可得 $e\leqslant 3$.而各选项的离心率分别为$$\dfrac 14,\dfrac 15,4,\sqrt 2,$$故只有选项D符合要求.
对于椭圆来说,这个比值的最小值为 $1$,因为椭圆上一点到两个焦点的距离之和为定值,所以这个比值的最大值只需要考虑椭圆上一点到焦点的最大距离,显然为 $a+c$,于是比值的范围为$$\left[1,\dfrac {a+c}{a-c}\right].$$对于双曲线来说,设双曲线上的点到较近焦点的距离为 $m$,则这个比值为 $\dfrac {2a+m}{m}=\dfrac {2a}{m}+1$,因为 $m\in[c-a,+\infty)$,所以比值的取值范围为$$\left(1,\dfrac {c+a}{c-a}\right ].$$各个选项在这个比值上的取值范围分别为$$\left[1,\dfrac 53\right],\left[1,\dfrac 32\right ],\left(1,\dfrac 53\right ],\left(1,\dfrac {\sqrt 2+1}{\sqrt 2-1}\right ],$$由此判断只有选项 D 满足要求.
对于椭圆,由点 $P$ 到两个焦点的距离之比为 $2:1$ 知焦半径分别为 $\dfrac {4a}{3}$ 与 $\dfrac{2a}{3}$.而椭圆的焦半径的取值范围为 $[a-c,a+c]$,所以有 $\dfrac 23a\geqslant a-c$,解得 $e\geqslant \dfrac 13$.类似地考虑双曲线,可得 $e\leqslant 3$.而各选项的离心率分别为$$\dfrac 14,\dfrac 15,4,\sqrt 2,$$故只有选项D符合要求.
题目
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解析
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