有人说,双曲线问题是高考数学中的一个难点。其实不然,只要把相关知识掌握好,能够灵活应用,双曲线问题也可以很简单。比如下面这道2022年高考数学全国甲卷的填空题,关于双曲线和圆的综合问题,就可以非常简单。
若双曲线y^2-x^2/m^2=1(m>0)的渐近线与圆x^2+y^2-4y+3=0相切,则m=_______.
分析:解这道题的关键之一是要掌握双曲线的渐近线方程:x=±by/a=±my. 如果你觉得,记得这个方程,就是掌握了的话,那就大错特错了。这个渐近线方程至少有以下两点重要的因素。
(1)它是针对中心在原点上的双曲线的。虽然高中阶段接触到的双曲线,中心都在原点上,但这并不表示。双曲线的中心,只能在原点上。比如,y^2-(x+1)^2/m^2=1,这条双曲线,它的中心就不在原点上。而是向左平移了1个单位长度,变成了中心在(-1,0)上。那它的渐近线又是什么样子的呢?
双曲线向左平移1个单位长度,渐近线也会跟着向左平移1个单位长度。所以它的渐近线就变成了x+1=±by/a=±my. 即x±my+1=0.
可见,中心在原点上的双曲线,渐近线是两条过原点的直线,即正比例函数的图像。而中心不在原点上的双曲线,渐近线不一定过原点,并非一定不过原点,你知道这是为什么吗?如果双曲线的中心沿着象限的角平分线平移,就会有一条渐近线仍然经过原点。
(2)它只针对实轴在y轴上的双曲线的。如果实轴在x轴上,那么x^2前面的符号性质是正的,反之y^2前面的符号性质是负的。比如双曲线x^2-y^2/m^2=1,它的渐近线就成了y=±bx/a=±mx. 它们分别与x=±my关于y=x对称。相信这一点是造成很多考生失分的原因。
上面这些,其实才是学习数学,或者说学习这道题的过程中,所需要关注的,但老黄知道,大家一般都不会关注这些,其实那也正是大多数人数学学得不好的深层原因之一。
如果只是要解决这道题的话,那是相当简单的。接下来将双曲线的渐近线方程代入圆的方程中,得到两者的交点方程:m^2y^2+y^2-4y+3=0. 当这个方程有两个相等的实数根时,就证明它们相切。
即当判别式16-12(m^2+1)=0时, 解得:m=根号3/3 (已经舍去负值). 这道题的图像如下图,图中只画出了一条渐近线。
事实上,比题目更重要的问题还有很多。比如:
双曲线的渐近线方程是怎么得到的。如果旋转曲线到任意角度,或者一些特殊角度,得到的双曲线方程又会是什么样子的?
对问题探究到什么程度,也就决定了你的数学水平可以达到什么样的水平。
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