如图,已知双曲线S的两条渐近线过坐标原点且与以点A(,0)为圆心

如图,已知双曲线S的两条渐近线过坐标原点且与以点A(,0)为圆心,1为半径的圆相切,双曲线S的一个顶点A′与A关于直线y=x对称,设直线l过点A,且斜率为k.

(1)求双曲线S的方程;

(2)当k=1时,在双曲线S的上支上求点B,使其与直线l的距离为

(3)当0≤k<1时,若双曲线S的上支上有且只有一个点B到直线l的距离为

,求斜率k的值及相应的点B的坐标.

答案

思路解析:本题是直线方程、点到直线的距离、圆、双曲线等知识的综合运用.(1)、(2)按条件求解不难.(3)可用数形结合,作一条与l平行且与l相距为的直线l′,使l′与双曲线S的上支相切,切点即为所求.

解:(1)由已知得双曲线的渐近线为y=±x,因而S为等轴双曲线,顶点A′与A(

,0)关于直线y=x对称.∴A′(0,),∴所求双曲线S的方程为y2-x2=2.

(2)若B(x,

)是双曲线S的上支上到l:y=x-的距离为的点,则=,解得x=,y=2,∴点B的坐标为(,2).

(3)当0≤k<1时,双曲线S的上支在直线l的上方,∴点B在直线l的上方,设直线l′与l:y=k(x-

)平行且距离为,直线l′在l的上方,双曲线S的上支上有且只有一个点B到直线l的距离为,等价于直线l′与双曲线S的上支有且只有一个公共点.设l′的方程为y=kx+m,由于l上的点A到l′的距离为,可知=,解得m= -k).∵直线l′在直线l的上方,∴m=(-k).由方程y2-x2=2及y=kx+m消去y,得(k2-1)x2+2mkx+m2-2=0.

∵k2≠1,∴Δ=4(m2-2+2k2)=8k(3k-2

).

令Δ=0,∵0≤k<1,解得k=0或k=

.

当k=0时,m=

,解得点B的坐标为(0, );

当k=

时,m=,解得点B的坐标为(2,).

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