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已知双曲线 C 的虚轴长为 2,其中一条渐近线方程为 y=12x, 且 M,N 分别是双曲线的左、右顶点.

  1. 求双曲线 C 的方程;
  2. 设过点 G(4,0) 的动直线 l 交双曲线 C 右支于 A,B 两点,若直线 AM,BN 的斜率分别为 k1,k2.
    1. 试探究 k1 与 k2 的比值 k1k2 是否为定值. 若是定值,求出这个定值; 若不是定值,请说明理由;
    2. 设 ∠ANG=α,∠BNG=β,0<β<π2, 若 tan⁡θ=17,α=β−θ(0<θ<π2), 求 ΔBGN 的面积.
解

  1. 双曲线 C 的方程是 x24−y2=1.
    1. 由于 l 与 C 在右支交于两点,故 l 的斜率不会为零. 又 l 恒过 G(4,0),故设 l:x=ty+4. 与 C 联立得 (*)(t2−4)y2+8ty+12=0
      设 A(x1,y1),B(x2,y2).由韦达定理得 y1y2=12t2−4,y1+y2=−8tt2−4⇒ty1y2=−32(y1+y2).
      代入k1=y1x1+2,k2=y2x2−2,得k1k2=y1y2⋅x2−2x1+2=y1y2⋅ty2+2ty1+6=ty1y2+2y1ty1y2+6y2=−32(y1+y2)+2y1−32(y1+y2)+6y2=−13.
    2. 由题意,kBN=−y2x2−2,kAN=y1x1−2.由于 kAN,kBN 异号,不妨设tan⁡β=−y2x2−2,tan⁡α=y1x1−2 (最后求解出的 |t| 是相同的.) 因此 17=tan⁡(β−α)=tan⁡β−tan⁡α1+tan⁡αtan⁡β=−2ty1y2+2(y1+y2)(t2−1)y1y2+2t(y1+y2)+4=2t7,
      从而 t=12.此时 kAB>0,为使 β=α+θ>α,则 yB<0<yA,因此将 t 回代入 (∗) 解得 yB=−43.从而 SΔBGN=43.

根据第三定义,我们知道 kAN⋅k2=14, 再结合 2 的 k1k1=−13, 容易解出 |kBN|=|tan⁡β|,进而联立 BN 与双曲线解出 B 的坐标. 考虑到最后一步 B 的求解需要额外的联立计算,两种方法的运算量相差不大.