已知双曲线的中心在原点,焦点在x轴上,离心率为2,过其右焦点且倾斜角为45°的直线被双曲线截得的弦MN的长为6.
(Ⅰ)求此双曲线的方程;
(Ⅱ)若直线l:y=kx+m与该双曲线交于两个不同点A、B,且以线段AB为直径的圆过原点,求定点Q(0,-1)到直线l的距离d的最大值,并求此时直线l的方程.
分析:(1)设出双曲线的标准方程根据离心率求得a和c的关系,把直线MN的方程代入双曲线方程整理得2x
2+4ax-7a
2=0.设M(x
1,y
1),N(x
2,y
2),根据韦达定理表示出x
1+x
2和x
1x
2,进而用弦长公式表示出||MN|求得a,进而根据离心率求得c,进而求得b,则双曲线方程可得.
(2)直线l与双曲线法才联立消去y,设A(x
3,y
3),B(x
4,y
4),利用韦达定理表示出x
3+x
4和x
3x
4,依据以线段AB为直径的圆过原点,所以x
3x
4+y
3y
4=0.代入求得
1+k2=m2由点到直线的距离表示出d,根据k的范围确定m的范围,进而求得d的最大值,此时的直线l的方程可得.
解答:解:(Ⅰ)设双曲线的方程是
-=1(a>0,b>0),
则由于离心率
e==2,所以c=2a,b
2=3a
2.
从而双曲线的方程为
-=1,且其右焦点为F(2a,0).
把直线MN的方程y=x-2a代入双曲线的方程,消去y并整理,得2x
2+4ax-7a
2=0.
设M(x
1,y
1),N(x
2,y
2),则x
1+x
2=-2a,
x1x2=-a2.
由弦长公式,得
|MN|=•=
•=6.
所以a=1,b
2=3a
2=3.
从而双曲线的方程是
x2-=1.
(Ⅱ)由y=kx+m和
x2-=1,消去y,得(3-k
2)x
2-2kmx-m
2-3=0.
根据条件,得△=4k
2m
2-4(3-k
2)(-m
2-3)>0且3-k
2≠0.
∴m
2+3>k
2≠3.
设A(x
3,y
3),B(x
4,y
4),则
x3+x4=,
x3x4=.
由于以线段AB为直径的圆过原点,所以x
3x
4+y
3y
4=0.
即(1+k
2)x
3x
4+km(x
3+x
4)+m
2=0.
从而有
(1+k2)•+km•+m2=0,即
1+k2=m2.
∴点Q到直线l:y=kx+m的距离为:
d===|1+|.
由
k2=m2-1≥0,解得
-≤≤且
≠0.
由
k2=m2-1≠3,解得
≠±.
所以当
m=时,d取最大值
(1+)=,此时k=0.
因此d的最大值为
,此时直线l的方程是
y=.
点评:本题主要考查了直线与圆锥曲线的综合问题.此类题是历年高考命题的热点,试题具有一定的综合性,覆盖面大,不仅考查“三基”掌握的情况,而且重点考查学生的作图、数形结合、等价转化、分类讨论、逻辑推理、合理运算,以及运用数学知识分析问题和解决问题的能力.