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已知双曲线 C:x2a2y2b2=1 (a>0,b>0), F1(2,0), F2(2,0) 分别为左、右焦点, 点 A(2,2) 在双曲线 C 上.

  1. 求双曲线的方程;
  2. 如图, 在双曲线的右支上任取一点 P0(x0,y0), 以 P0 为切点作双曲线右支的切线, 交两渐近线于 M0,N0 两点. 过 M0,N0 两点分别作两渐近线的平行线交于点 P1, 过 P1 作直线 M0N0 的平行线分别交两渐近线于 M1,N1 两点, 再过 M1,N1 两点分别作两渐近线的平行线交于点 P2, 一直反复操作, 可得 P1,,Pn.
    1. 证明: 点 O,P0,P1,,Pn 在同一条直线上, 并求该直线方程;
    2. ΔPi1MiNi (i=1,,n) 的面积为 Si, 记 bn=i=1nSi, 证明: 1b1++1bn<13.

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解答

  1. x22y22=1.
  2. 证明
    1. 首先 O,P0 就可以确定这根直线只能是 y=y0x0x. 如果 O,P0,P1 共线, 在平行四边形 ON0P1M0 中, 一定有 M0P0=N0P0. 下面我们来证明这个结论.
      熟知 P0 处的切线为 xx0yy0=2. 分别与渐近线 y=x,y=x 联立, 得 M0(2x0y0,2x0y0), N0(2x0+y0,2x0+y0). 这样 yM0y0=2x0y0y0=x02y02x0y0y0=x0,y0yN0=y0+2x0+y0=y0+x02y02x0+y0=x0, 所以 yM0y0=y0yN0, 所以 M0P0=P0N0, 这样 O,P0,P1 共线, 且 OP0=P0P1.
      现在过 P1M1N1//M0N0, 根据几何相似关系 M1P1=N1P1, 从而在平行四边形 OM1P2N1 中, OP1=P1P2, O,P1,P2 共线.
      以此类推, O,P1,P2,,Pn 都共线, 且 OPi=2iOP0.
    2. 因为 C 的两条渐近线互相垂直 (斜率为 ±1), 所以 SΔOM0N0=12OM0ON0=122xM02xN0=4x02y02=2. 进而 S1=SΔN0N1M1=12SΔOM1N1=2SΔON0M0=4.2.1 证明的位似关系, Si=4Si1, 从而 Si=4i, bi=4(14i)14, 这样 LHS=34i=1n14i1<34i=1n14i4i1=i=1n14i=13(114n)<13.

x+1,