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双曲线中一个重要的定面积定理的证明及应用讲义
我们知道双曲线中有一系列的重要性质,其中有很多性质为大家所熟悉;但下面这个既实用又重要的定面积性质定理却可能不为人知,若在解题中会灵活使用这个定理,能起到事半功倍之效.现向同学们介绍如下.
定理:过双曲线上任意一点,作两条直线分别与双曲线的两条渐近线平行;则这四条直线所围成的平行四边形的面积为定值.具体情况如下:
(1)
若双曲线的方程为或()时,则.
(2)
若双曲线的方程为时,则.
(3)
若双曲线的方程为时,则.
一、定理证明
证明:(1)(图1)因双曲线方程为,其渐近线方程为.由对称性,不妨在双曲线的右支上任取一点,则有;过点作两直线分别与渐近线平行,设与交于点,与交于点;则点到直线的距离(因点在直线的右侧,则);设,而直线方程为,方程为,将两方程消去解出,则,(方程为时同理可得).
证明:(2)(图2)因双曲线方程为,从而知轴和轴为双曲线的两条渐近线;在双曲线上任取一点,则有;过点作轴交轴于,作轴交轴于,得平行四边形为矩形,于是.
证明:(3)(图3)先考虑双曲线方程为时,其两条渐近线方程分别为和;在双曲线上任取一点,则有;过点作交轴于,作轴交直线于,得一个平行四边形;设,由直线方程和轴方程解出,而到轴的距离,.(当方程为时,其图像为方程的图像关于轴对称而得,同理).
二、定理应用
例1.过双曲线上任意一点作两条直线分别与两条渐近线平行,且这两条直线与两渐近线所围成的平行四边形的面积为;求双曲线的离心率.
解:由双曲线方程得,又据上述性质定理(1)知,则,故双曲线的离心率.
例2.过曲线:的图像上任意一点作两条直线分别与两坐标轴平行,且这两条直线与两坐标轴所围成的四边形面积为,若点也在曲线的图像上,求实数的值.
解:由上述性质定理(2)知,即.将点的坐标代入方程中,解得;将点的坐标代入方程中,解得.综合得.
例3.点在函数的图像上,过点作两条直线分别与直线和直线平行,且这四条直线所围成的平行四边形的面积为,若点在直线上,求的取值范围.
解:由上述性质定理(3)知,点的坐标代入方程中得,则,于是点;将点的坐标代入方程中得,且,则
=,当且仅当,得且,即时,;故的取值范围为.
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