内容正文:
§2.8
第二章
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直线与圆锥曲线的位置关系(二)
1.掌握圆锥曲线的两种形式的弦长公式.
2.会根据弦长解决一些简单的问题.
学习目标
一、弦长问题
二、由弦长求参数的值
课时对点练
三、与弦长有关的最值问题
随堂演练
内容索引
弦长问题
一
提示 设直线与圆锥曲线相交于A,B两点,直线的斜率为k,A(x1,y1),B(x2,y2),
当直线与圆锥曲线相交时,如何求弦长?
问题
5
特别地,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点的弦AB,A(x1,y1),B(x2,y2),弦长|AB|= .
x1+x2+p
知识梳理
6
(1)一定先有判别式大于零,才有两根之和、两根之积.
(2)对于斜率不确定的问题,要分类讨论.
注 意 点
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7
已知斜率为2的直线l经过椭圆 =1的右焦点F1,与椭圆相交
于A,B两点,求弦AB的长.
例 1
8
又直线斜率为2,所以直线l的方程为y=2(x-1),即2x-y-2=0.
9
方法二 设A(x1,y1),B(x2,y2),
消去y得3x2-5x=0,因为Δ=(-5)2=25>0,
10
消去x得3y2+2y-8=0,
因为Δ=22-4×3×(-8)=100>0,
11
求解弦长可以先求出交点坐标,利用两点之间的距离公式进行求解;也可以直接利用弦长公式求解.
反
思
感
悟
12
跟踪训练 1
如图,已知直线l经过抛物线y2=6x的焦点F,且与抛物线相交于A,B两点.
(1)若直线l的倾斜角为60°,求|AB|的值;
13
因为直线l的倾斜角为60°,
若设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=5,
所以|AB|=5+3=8.
14
(2)若|AB|=9,求线段AB的中点M到准线的距离.
15
设A(x1,y1),B(x2,y2),由抛物线定义知,
所以x1+x2=6,于是线段AB的中点M的横坐标是3,
16
二
由弦长求参数的值
例 2
(1)求椭圆C的方程;
18
19
设点M,N的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),
20
21
反
思
感
悟
根据题意,通过建立等式或不等式求参数的值或取值范围,数学运算是正确解决问题的关键.
22
跟踪训练 2
设点P(x,y)(y≥0)为平面直角坐标系xOy内的一个动点(其中
(1)求点P的轨迹方程;
过点P作x轴的垂线且垂足为点N,则|PN|=y,
故点P的轨迹方程为x2=2y.
23
(2)若直线l:y=kx+1与点P的轨迹相交于A,B两点,且|AB|= ,求实数k的值.
由题意设A(x1,y1),B(x2,y2),
∴x1+x2=2k,x1x2=-2.
∴k4+3k2-4=0,
又k2≥0,∴k2=1,∴k=±1.
24
与弦长有关的最值问题
三
例 3
半径为1的圆的圆心F是抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,过点F的直线l与抛物线C交于A,B两点(A在B上方),与圆F交于P,Q两点(P在Q的上方),弦AB长的最小值为8.
(1)求圆F以及抛物线C的方程;
26
代入y2=2px,
消去x整理得y2-2pmy-p2=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=2pm,
所以|AB|=|AF|+|BF|=m(y1+y2)+2p=2p(m2+1)≥2p,
27
当且仅当m=0时,等号成立,
所以当直线AB与x轴垂直时,
弦AB的长取得最小值2p,
所以2p=8,解得p=4.
所以抛物线C的方程是y2=8x.
所以焦点F的坐标是(2,0),
圆F的方程为(x-2)2+y2=1.
28
(2)求4|AP|+9|BQ|的最小值.
29
由(1)知抛物线方程为y2=8x,
|PF|=|QF|=1,
因为4|AP|+9|BQ|
=4(|AF|-|PF|) +9(|BF|-|QF|)
=4|AF|+9|BF|-13,
所以4|AP|+9|BQ|=4x1+9x2+13.
30
得y2-8my-16=0,
所以y1y2=-16,
所以4|AP|+9|BQ|=4x1+9x2+13
所以4|AP|+9|BQ|的最小值为37.
31
反
思
感
悟
(1)定义法:利用定义转化为几何问题处理.
(2)数形结合法:利用数与形的结合,挖掘几何特征,进而求解.
(3)函数法:探求函数模型,转化为函数的最值问题,借助函数的单调性、基本不等式等求解,注意椭圆的范围.
求与弦长有关的最值、范围问题的方法
跟踪训练 3
(1)求双曲线E的方程;
33
所以a=b,设双曲线的焦距为2c,c>0,
因为BC过右焦点F,且垂直于x轴,
可得|yB|=a,故|BC|=2a.
34
所以a2=1,a=1,
故双曲线E的方程为x2-y2=1.
35
(2)若直线l:y=kx-1与双曲线E的左、右两支分别交于M,N两点,与双曲线E的两条渐近线分别交于P,Q两点,求 的取值范围.
36
依题意,直线l:y=kx-1与双曲线E的左、右两支分别交于M,N两点,
消去y可得(1-k2)x2+2kx-2=0,
37
38
39
其中-1<k<1,
40
1.知识清单:
(1)弦长问题.
(2)由弦长求参数的值.
(3)与弦长有关的最值、范围问题.
2.方法归纳:数形结合、分类讨论.
3.常见误区:容易忽略直线斜率不存在的情况.
课堂小结
随堂演练
四
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4
√
最短弦是过焦点F(c,0)且与焦点所在坐标轴垂直的弦.
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2.斜率为1的直线l经过抛物线y2=4x的焦点F,且与抛物线相交于A,B两点,则线段AB的长为
√
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4
抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),则直线l的方程为y=x-1,
设点A(x1,y1),B(x2,y2)
所以x1+x2=6,
由抛物线的焦点弦长公式得|AB|=x1+x2+2=8.
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√
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4
一条是通径所在的直线,另两条与右支相交.
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4
4.已知斜率为1的直线l与双曲线 -y2=1的右支交于A,B两点,若|AB|=8,则直线l的方程为
√
设斜率为1的直线l的方程为y=x+t,
可得3x2+8tx+4t2+4=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
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由于直线l与双曲线的右支交于两点,
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课时对点练
五
基础巩固
√
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1.直线2x-y-4=0与抛物线y2=6x交于A,B两点,则线段AB的长度为
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消去y并整理得2x2-11x+8=0,Δ>0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
2.已知P为抛物线y2=4x上一点,Q为圆(x-6)2+y2=1上一点,则|PQ|的最小值为
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∵Q是圆(x-6)2+y2=1上任意一点,
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故b2=3a2,
设A(x,y),则B(-x,-y),
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则k=±1.
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不妨设C点在第一象限,则|OC|=2,
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5.若直线y=x+t与椭圆 +y2=1相交于A,B两点,当|t|变化时,|AB|的最大值为
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联立两个方程化为5x2+8tx+4t2-4=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
而Δ=(8t)2-4×5×(4t2-4)>0,解得0≤t2<5.
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√
√
√
设椭圆的左焦点为F′,
则|AF′|=|BF|,∴|AF|+|BF|=|AF|+|AF′|=6为定值,A正确;
△ABF的周长为|AB|+|AF|+|BF|,
∵|AF|+|BF|为定值6,
|AB|的取值范围是(0,6),
∴△ABF的周长的取值范围是(6,12),B错误;
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∴△ABF为直角三角形,C正确;
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7.过双曲线x2- =1的右焦点且与x轴垂直的直线交该双曲线的两条渐
近线于A,B两点,则|AB|=_______.
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8.已知椭圆两顶点A(-1,0),B(1,0),过焦点F(0,1)的直线l与椭圆交于C,
D两点,当|CD|= 时,直线l的方程为___________________________.
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由题意得b=1,c=1,
则a2=b2+c2=1+1=2,
当直线l的斜率存在时,设l的方程为y=kx+1,
Δ=8(k2+1)>0恒成立.
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设C(x1,y1),D(x2,y2).
解得k2=2,
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9.在平面直角坐标系中,已知两圆C1:(x-1)2+y2=25和C2:(x+1)2+y2=1,动圆在圆C1内部且和圆C1相内切,和圆C2相外切,设动圆圆心的轨迹为E.
(1)求E的标准方程;
C1(1,0),C2(-1,0),设动圆的圆心为C,半径为r,
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所以|CC1|+|CC2|=6>|C1C2|,所以圆心C的轨迹为以C1,C2为焦点的椭圆,2a=6,c=1,所以b2=9-1=8,
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(2)点P为E上一动点,点O为坐标原点,曲线E的右焦点为F,求|PO|2+|PF|2的最小值.
由(1)得F(1,0),设P(x,y),
所以|PO|2+|PF|2=x2+y2+(x-1)2+y2=2x2-2x+1+2y2,
因为点P在椭圆上,
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故|PO|2+|PF|2的最小值为13.
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10.如图,已知抛物线y2=4x,其焦点为F.
(1)求以M(1,1)为中点的抛物线的弦所在的直线方程;
由题意知,中点弦所在的直线斜率存在.
设所求直线交抛物线于P(x1,y1),Q(x2,y2),
∴所求直线方程为2x-y-1=0.
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(2)若互相垂直的直线m,n都经过抛物线y2=4x的焦点F,且与抛物线相交于A,B两点和C,D两点,求四边形ACBD面积的最小值.
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依题意知,直线m,n的斜率存在,设直线m的方程为y=k(x-1),与抛物线方程联立,
消去y,整理得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,
同理,|CD|=4k2+4,
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当且仅当k=±1时取得最小值,最小值为32.
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综合运用
11.设O为坐标原点,直线x=a与双曲线C: =1(a>0,b>0)的两条渐
近线分别交于D,E两点,若△ODE的面积为8,则C的焦距的最小值为
A.4 B.8 C.16 D.32
√
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E两点,
不妨设D在第一象限,E在第四象限,
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12.已知双曲线C:x2-y2=2,过右焦点的直线交双曲线于A,B两点,若线段AB中点的横坐标为4,则弦AB的长为
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∴右焦点为F(2,0),
由题意得过F的直线斜率存在,
设方程为y=k(x-2),A(xA,yA),B(xB,yB),
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解得k2=2,
则(xA-xB)2=(xA+xB)2-4xAxB=82-4×10=24,
∵线段AB中点的横坐标为4,
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13.已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,点A (a>0)在C上,|AF|
=3.若直线AF与C交于另一点B,则|AB|的值是
A.12 B.10 C.9 D.4.5
√
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所以抛物线C的方程为y2=8x,将点A(1,a)的坐标代入抛物线方程解得a=2 ,
则直线AF的方程为y=-2 (x-2),与抛物线方程联立消去y,
整理得x2-5x+4=0,解得xB=4,所以|AB|=xA+xB+p=9.
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设M(x1,y1),N(x2,y2),M,N到准线l的距离分别为dM,dN,
如图,过M向l作垂线,垂足为Q,则dM=|MQ|,
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拓广探究
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(1)求双曲线C的方程;
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依题意知,c=2,
所以a2+b2=4,
解得a2=50(舍去)或a2=2,
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(2)记O为坐标原点,过点Q(0,2)的直线l与双曲线C交于不同的两点A,B,若△OAB的面积为 ,求直线l的方程.
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依题意,可设直线l的方程为y=kx+2,代入双曲线C的方程并整理,得(1-k2)x2-4kx-6=0.
因为直线l与双曲线C交于不同的两点A,B,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
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所以k4-k2-2=0,
则|AB|=,
所以|AB|==
=,
或|AB|=.
直线与圆锥曲线相交于A,B两点,直线的斜率为k,A(x1,y1),B(x2,y2),则弦长|AB|= =·,
或|AB|= =.
|x1-x2|
|y1-y2|
+
==.
因为直线l过椭圆+=1的右焦点F1(1,0),
得交点A(0,-2),B,
方法一 解方程组
所以|AB|==
则x1+x2=,x1x2=0.
由方程组
所以|AB|==
===.
则y1+y2=-,y1y2=-,
方法三 由方程组
所以|AB|==
===.
所以其斜率k=tan 60°=,
又F,所以直线l的方程为y=.
联立消去y,得x2-5x+=0.
而|AB|=|AF|+|BF|=+=x1+x2+p,
|AB|=|AF|+|BF|=x1++x2+=x1+x2+p=x1+x2+3=9,
又准线方程是x=-,
所以M到准线的距离等于3+=.
已知椭圆C:+=1(a>b>0)的一个顶点为A(2,0),离心率为,直线y=k(x-1)与椭圆C交于不同的两点M,N.
由题意得得b=,
所以椭圆C的方程为+=1.
(2)当△AMN的面积为时,求k的值.
由得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-4=0.
则x1+x2=,x1x2=,
所以|MN|==
=.
又点A(2,0)到直线y=k(x-1)的距离d=,
所以△AMN的面积S=|MN|·d=,
由=,得k=±1,满足Δ>0.
所以当△AMN的面积为时,k=±1.
O为坐标原点),点P到定点M的距离比点P到x轴的距离大.
由题意知|PM|-|PN|=,
∴=y+,化简得x2=2y.
2
联立消去y化简得x2-2kx-2=0,
∵|AB|=·=·=2,
设直线l的方程为x=my+,
|AF|=x1+=my1+p,
|BF|=x2+=my2+p,
又|AF|=x1+=x1+2,
|BF|=x2+=x2+2,
由
x1x2=·==4,
≥2+13=37,
当且仅当4x1=9x2,即x1=3,x2=时等号成立,
如图,在平面直角坐标系xOy中,已知等轴双曲线E:-=1(a>0,b>0)的左顶点为A,过右焦点F且垂直于x轴的直线与E交于B,C两点,若△ABC的面积为+1.
因为双曲线E:-=1(a>0,b>0)为等轴双曲线,
故c2=a2+b2=2a2,即c=a.
将xB=c=a代入-=1,
因为△ABC的面积为+1,
所以×|BC|×|AF|=+1,
即×2a×(a+c)=+1,
联立方程组
所以
==
=.
解得-1<k<1,且
所以|MN|==|xM-xN|
联立方程组
得xP=,同理xQ=,
所以|PQ|=|xP-xQ|
==.
所以∈(1,].
所以==,
得y=±,
故最短弦的弦长是.
1.过椭圆+=1(a>b>0)的焦点F(c,0)的弦中最短弦的弦长是
A. B. C. D.
将x=c代入椭圆+=1,
A.4 B.6 C.8 D.8
联立可得x2-6x+1=0,Δ=62-4>0,
3.已知双曲线-=1的左、右焦点分别是F1,F2,过F1的直线l与双曲线相交于A,B两点,则满足|AB|=3的直线l有
A.1条 B.2条 C.3条 D.4条
双曲线两个顶点的距离为2,
∴满足|AB|=3的直线l有3条,
双曲线-=1,
过F1的直线l垂直于x轴时,|AB|===3,
A.y=x+ B.y=x-
C.y=x- D.y=x+
联立双曲线方程-y2=1,
可得x1+x2=-,x1x2=,
则|AB|=·=·
=·=8,
则直线l的方程为y=x-.
解得t=±,
可得t=-,
A.8 B. C. D.
联立
则x1+x2=,x1x2=4,
∴|AB|=·=×=.
A.-1 B.2-
C.2-1 D.21-4
设点P的坐标为,圆(x-6)2+y2=1的圆心坐标为A(6,0),
∴|PA|2=2+m2=(m2-16)2+20≥20,
∴|PA|≥2,
∴|PQ|的最小值为2-1.
3.已知离心率为2的双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,直线l:y=kx与双曲线C交于A,B两点,若|AB|=|F1F2|,则k等于
A.± B.±1 C.±2 D.±3
由双曲线C的离心率为2,可得=2,
故双曲线的方程可化为-=1,
联立可得x2=和y2=,
故|AB|=2=2a,
而|F1F2|=2=4a,
由|AB|=|F1F2|,可得2a=×4a,
4.椭圆+=1,过原点O斜率为的直线与椭圆交于C,D,若|CD|=4,则椭圆的方程为
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
由题意可知,直线CD的方程为y=x,直线倾斜角为,
又点C在椭圆+=1上,
因此可得C(1,),
所以+=1⇒b2=,
所以椭圆的方程为+=1.
A.2 B.
C. D.
则x1+x2=-t,x1x2=(t2-1),
∴|AB|===,
∴取t2=0得|AB|max=.
6.(多选)设椭圆+=1的右焦点为F,直线y=m(0<m<)与椭圆交于A,B两点(xA<xB),则
A.|AF|+|BF|为定值
B.△ABF的周长的取值范围是[6,12]
C.当m=时,△ABF为直角三角形
D.当m=1时,△ABF的面积为
将y=与椭圆方程联立,
可解得A,B,又∵F(,0),
∴·=+2=0,
将y=1与椭圆方程联立,解得A(-,1),B(,1),
∴S△ABF=×2×1=,D正确.
由双曲线方程可得右焦点为(2,0),渐近线方程为y=±x,把x=2代入渐近线方程,
4
得y=±2,故|AB|=4.
x-y+1=0或x+y-1=0
即椭圆方程为+x2=1.
当直线l的斜率不存在时,|CD|=2,不符合题意.
联立得(k2+2)x2+2kx-1=0.
∴x1+x2=-,x1x2=-.
∴|CD|=|x1-x2|=
=.
即=,
∴k=±.
∴直线l的方程为x-y+1=0或x+y-1=0.
由题意可得
得到椭圆方程为+=1,
所以E的标准方程为+=1.
所以y2=8-x2,所以|PO|2+|PF|2=x2-2x+17,x∈[-3,3],二次函数的对称轴为x=>3,所以当x=3时,(|PO|2+|PF|2)min=2-6+17=13.
则y=4x1,y=4x2,kPQ===2,
得
其两根为x3,x4,且x3+x4=+2.
由抛物线的定义可知,|AB|=2+x3+x4=+4,
∴四边形ACBD的面积S=(4k2+4)·
=8≥32.
-
∵C:-=1(a>0,b>0),
∴双曲线的渐近线方程是y=±x,
联立
∵直线x=a与双曲线C:-=1(a>0,b>0)的两条渐近线分别交于D,
∴其焦距为2c=2≥2=2=8,
当且仅当a=b=2时取等号,∴C的焦距的最小值为8.
解得故D(a,b),
联立解得故E(a,-b),
∴|ED|=2b,∴S△ODE=a×2b=ab=8.
∵双曲线C:-=1(a>0,b>0),
A.3 B.4 C.6 D.6
双曲线C:-=1,则c2=4,
联立化简得(1-k2)x2+4k2x-4k2-2=0,
∴xA+xB=,xAxB=.
∴xA+xB==8,
∴xAxB==10,
则|AB|===6.
因为点A在抛物线y2=2px(p>0)上,
所以|AF|=+=3,解得p=4,
14.已知抛物线y2=2x的焦点为F,准线为l,P是l上一点,直线PF与抛物线交于M,N两点,若=3,则|MN|等于
A. B. C.2 D.
|NF|=dN=x2+,于是|MN|=|MF|+|NF|=x1+x2+1.
∵=3,则|PM|=2|QM|,易知直线MN的斜率为±,
抛物线C:y2=2x的焦点为F,
准线为l:x=-,
由抛物线的定义可知|MF|=dM=x1+,
得32=2x,化简得12x2-20x+3=0,
于是|MN|=x1+x2+1=+1=.
∴x1+x2=,
∵F,
∴直线PF的方程为y=±,
将y=±,代入方程y2=2x,
15.已知双曲线-=1(a>0,b>0)的一条渐近线与圆(x-2)2+y2=6相交于A,B两点,且|AB|=4,则此双曲线的离心率为
A.2 B. C. D.
设双曲线-=1(a>0,b>0)的一条渐近线为bx-ay=0,
∴此双曲线的离心率为e==.
∵|AB|=4,r=,
∴圆心(2,0)到渐近线的距离为,
即=,解得b=a,∴c==a,
16.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的两个焦点分别为F1(-2,0),F2(2,0),点P(5,)在双曲线C上.
则双曲线C的方程为-=1(0<a2<4),
将点P(5,)代入上式,得-=1,
故所求双曲线的方程为-=1.
2
所以解得 (*)
则x1+x2=,x1x2=-,
所以|AB|=·=·.
又原点O到直线l的距离d=,
所以S△OAB=d·|AB|=×··=.
又S△OAB=2,
即=1,
解得k=±,满足(*).
故满足条件的直线l有两条,其方程分别为y=x+2和y=-x+2.
$