三、解答题
21.(本小题满分12分)
双曲线C与椭圆有相同的焦点,直线y=x为C的一条渐近线.
(Ⅰ)求双曲线C的方程;
(Ⅱ)过点P(0,4)的直线l,交双曲线C于A、B两点,交x轴于Q点
(Q点与C的顶点不重合).当=λ1=λ2,且λ1+λ2=时,求Q点的坐标.
解:(Ⅰ)设双曲线方程为=1.
由椭圆求得两焦点为(-2,0),(2,0).
∴对于双曲线C:c=2.又y=x为双曲线C的一条渐近线,
∴ 解得 a2=1,b2=3,
∴双曲线C的方程为: -=1.
(Ⅱ)解法一:
由题意知直线l的斜率k存在且不等于零.
设l的方程:y=kx+4,A(x1,y1),
B(x2,y2),
则Q(-,0),
∵=λ1,
∴(-,-4)=λ1(x1+,y1).
∴
∵A(x1,y1)在双曲线C上,
∴=0.
∴.
∴
同理有:(16-k2)λ22+32λ2+16-k2=0.
若16-k2=0,则直线l过顶点,不合题意. ∴16-k2≠0.
∴λ1、λ2是二次方程(16-k2)x2+32x+16-k2=0的两根.
∴λ1+λ2=.
∴k2=4,
此时△>0, ∴k=±2.
∴所求Q的坐标为(±2,0).
解法二:
由题意知直线l的斜率k存在且不等于零
设l的方程: y=kx+4,A(x1,y1),B(x2,y2),则Q(-,0).
∵=λ1,
∴Q分的比为λ1.
由定比分点坐标公式得:
下同解法一
解法三:
由题意知直线l的斜率k存在且不等于零.
设l的方程: y=kx+4,A(x1,y1),B(x2,y2), 则Q(-,0).
∵=λ1=λ2,
∴(-,-4)=λ1(x1+,y1)=λ2(x2+,y2).
∴-4=λ1yl=λ2y2.
∴λ1=-,λ2=-.
又λ1+λ2=-,
∴.
即 3(y1+y2)=2y1y2.
将y=kx+4代入x2-=1得
(3-k2)y2-24y+48-3k2=0.
∵3-k2≠0,否则l与渐近线平行,
∴y1+y2=,y1y2=.
∴.
∴k=±2.
∴Q(±2,0).
解法四:
由题意知直线l的斜率k存在且不等于零
设l的方程: y=kx+4,A(x1,y1),B(x2,y2), 则Q(-,0).
∵
∴(-,-4)=λ1(x1+,y1).
∴λ1=
同理 λ2=.
λ1+λ2=-.
即 2k2x1x2+5k(x1+x2)+8=0. (*)
又
消去y得
(3-k2)x2-8kx-19=0.
当3-k2=0时,则直线l与双曲线的渐近线平行,不合题意,3-k2≠0.
由韦达定理有:
代入(*)式得 k2=4, k=±2
∴所求Q点的坐标为(±2,0).
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