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原题摘录
2011年《试题调研》第6辑第41页有这样一道题:从双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左焦点F引圆x2+y2=a2的切线,切点为T,延长FT交双曲线右支于P点,若M为线段FP的中点,O为坐标原点,则MO-MT与b-a的大小关系为 .
解:如图所示,连接PF′,OT
∵FP-F′P=2a,∴2FM-2OM=2a,
即FM-OM=a
又∵FM=MT+b ∴MT+b-OM=a
即MO-MT=b-a
析:本题给出的解法实际上是借助双曲线的定义:双曲线右支上的点到右焦点的距离与到左焦点的距离之差为2a,以及三角形的中位线的性质及直角三角形的勾股定理而得到结论,但在解题中默认了点M在FT的延长线上,进而有结论FM=MT+b,但实际上,随着双曲线的不同即随着双曲线标准方程中a,b数值的改变,M与T的相对位置也会随之而改变,现在,我们来探讨a,b的变化与M与T的位置之间的关系及MO-MT与b-a之间的关系.
首先我们发现:∵OT=a,OF=c
∴FT=b
∴PF的斜率k=tan∠PFO=ab
又∵双曲线的一条渐近线的斜率为-ba
∴FT必与一条渐近线垂直且相交于T,即T为圆与一条渐近线的交点.
下面我们来讨论M与T的位置关系:
1. 若T与M重合,即M也是PF中点,此时
∵OT=a ∴PF′=2a
由双曲线的定义知:PF-PF′=2a,∴PF=4a
∴FT=2a 又∵FT=b
∴b=2a
即当b=2a时,T与M重合,此时MO-MT=a=b-a;
2. 若M在线段FT上,即MT>0
∵M为PF为中点,O为FF′中点
∴OM=12PF′即PF′=2OM
由双曲线的定义知:PF-PF′=2a,∴PF=2a+2OM
∴FM=12PF=a+OM,又∵FT=b
∴MT=FT-FM=b-a-OM>0
即b>a+OM 又OM>OF=a
∴b>2a
即当b>2a时,M在线段FT上,
此时:从上面的分析来看,MO+MT=b-a,
那MO-MT呢?与b-a的关系又如何呢?
MO-MT=MO-(b-a-OM)=2OM-(b-a),
在Rt△MTO中,∵OT2+MT2=OM2
即a2+(b-a-OM)2=OM2 ∴OM=a2+(b-a)22(b-a)
∴2OM-(b-a)=a2+(b-a)2b-a-(b-a)=a2b-a
即MO-MT=a2b-a
∵a2b-a-(b-a)=a2-(b-a)2b-a=b(2a-b)b-a<0
∴MO-MT<b-a;
3. 若T在线段FM上,即MT>0
∵M为PF为中点,O为FF′中点
∴OM=12PF′即PF′=2OM
由双曲线的定义知:PF-PF′=2a,∴PF=2a+2OM
∴FM=12PF=a+OM,又∵FT=b
∴MT=FM-FT=a+OM-b>0
即b<a+OM
在Rt△MTO中,∵OT2+MT2=OM2
即a2+(a+OM-b)2=OM2 ∴OM=a2+(b-a)22(b-a)
∴b<a+a2+(b-a)22(b-a),即b<2a
又由题意,FT与双曲线右支相交,∴ab<ba,即b>a
∴当a<b<2a时,T在线段FM上,此时OM-MT=OM-(a+OM-b)=b-a;
从以上3点的分析来看,M与T之间的相对位置关系确实会随着双曲线标准方程中a,b数值的变化而变化,从而我们可以得到以下的结论:
当b=2a时,T与M重合,此时MO-MT=a=b-a;
当b>2a时,M在线段FT上,此时MO-MT=a2b-a<b-a;
当a<b<2a时,T在线段FM上,此时MO-MT=b-a.
所以,原题给出的答案是有问题的.
2011年《试题调研》第6辑第41页有这样一道题:从双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左焦点F引圆x2+y2=a2的切线,切点为T,延长FT交双曲线右支于P点,若M为线段FP的中点,O为坐标原点,则MO-MT与b-a的大小关系为 .
解:如图所示,连接PF′,OT
∵FP-F′P=2a,∴2FM-2OM=2a,
即FM-OM=a
又∵FM=MT+b ∴MT+b-OM=a
即MO-MT=b-a
析:本题给出的解法实际上是借助双曲线的定义:双曲线右支上的点到右焦点的距离与到左焦点的距离之差为2a,以及三角形的中位线的性质及直角三角形的勾股定理而得到结论,但在解题中默认了点M在FT的延长线上,进而有结论FM=MT+b,但实际上,随着双曲线的不同即随着双曲线标准方程中a,b数值的改变,M与T的相对位置也会随之而改变,现在,我们来探讨a,b的变化与M与T的位置之间的关系及MO-MT与b-a之间的关系.
首先我们发现:∵OT=a,OF=c
∴FT=b
∴PF的斜率k=tan∠PFO=ab
又∵双曲线的一条渐近线的斜率为-ba
∴FT必与一条渐近线垂直且相交于T,即T为圆与一条渐近线的交点.
下面我们来讨论M与T的位置关系:
1. 若T与M重合,即M也是PF中点,此时
∵OT=a ∴PF′=2a
由双曲线的定义知:PF-PF′=2a,∴PF=4a
∴FT=2a 又∵FT=b
∴b=2a
即当b=2a时,T与M重合,此时MO-MT=a=b-a;
2. 若M在线段FT上,即MT>0
∵M为PF为中点,O为FF′中点
∴OM=12PF′即PF′=2OM
由双曲线的定义知:PF-PF′=2a,∴PF=2a+2OM
∴FM=12PF=a+OM,又∵FT=b
∴MT=FT-FM=b-a-OM>0
即b>a+OM 又OM>OF=a
∴b>2a
即当b>2a时,M在线段FT上,
此时:从上面的分析来看,MO+MT=b-a,
那MO-MT呢?与b-a的关系又如何呢?
MO-MT=MO-(b-a-OM)=2OM-(b-a),
在Rt△MTO中,∵OT2+MT2=OM2
即a2+(b-a-OM)2=OM2 ∴OM=a2+(b-a)22(b-a)
∴2OM-(b-a)=a2+(b-a)2b-a-(b-a)=a2b-a
即MO-MT=a2b-a
∵a2b-a-(b-a)=a2-(b-a)2b-a=b(2a-b)b-a<0
∴MO-MT<b-a;
3. 若T在线段FM上,即MT>0
∵M为PF为中点,O为FF′中点
∴OM=12PF′即PF′=2OM
由双曲线的定义知:PF-PF′=2a,∴PF=2a+2OM
∴FM=12PF=a+OM,又∵FT=b
∴MT=FM-FT=a+OM-b>0
即b<a+OM
在Rt△MTO中,∵OT2+MT2=OM2
即a2+(a+OM-b)2=OM2 ∴OM=a2+(b-a)22(b-a)
∴b<a+a2+(b-a)22(b-a),即b<2a
又由题意,FT与双曲线右支相交,∴ab<ba,即b>a
∴当a<b<2a时,T在线段FM上,此时OM-MT=OM-(a+OM-b)=b-a;
从以上3点的分析来看,M与T之间的相对位置关系确实会随着双曲线标准方程中a,b数值的变化而变化,从而我们可以得到以下的结论:
当b=2a时,T与M重合,此时MO-MT=a=b-a;
当b>2a时,M在线段FT上,此时MO-MT=a2b-a<b-a;
当a<b<2a时,T在线段FM上,此时MO-MT=b-a.
所以,原题给出的答案是有问题的.