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CalcGospel 國際數學圖譜
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IAL 2023 Jan FP3 Q2

A Level / Edexcel / FP3

IAL 2023 Jan Paper · Question 2

题目

Problem

A hyperbola HH has equation

x2a2y25=1\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{5}=1

where aa is a positive constant

The line with equation x=43x=\frac43 is a directrix of HH

(a) Write down an equation of the other directrix.

(b) Determine

(i) the value of aa

(ii) the coordinates of each of the foci of HH

(6)
题目中文翻译

双曲线 HH 的方程为

x2a2y25=1\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{5}=1

其中 aa 为正实数。

直线 x=43x=\frac43HH 的一条准线。

(a) 写出另一条准线的方程。

(b) 求

(i) aa 的值

(ii) HH 的两个焦点坐标

解答

(a)

解法一

思路

展开

这条双曲线关于 yy 轴对称,因此两条准线也关于 yy 轴对称。已知一条为 x=43x=\frac43,另一条只需改变常数的符号。

答题过程

展开

The other directrix is

x=43.\boxed{x=-\frac43}.

(b)

解法一:先求 aa

思路

展开

横轴双曲线的准线为 x=±aex=\pm\frac ae,同时满足 b2=a2(e21)b^2=a^2(e^2-1)。由已知准线把 ee 表示成 aa,代入第二个关系,解关于 a2a^2 的二次方程;再由 c=aec=ae 求焦点。

答题过程

展开

For the hyperbola,

ae=43,\frac ae=\frac43,

so

e=3a4.e=\frac{3a}{4}.

Also, since b2=5b^2=5,

b2=a2(e21).b^2=a^2(e^2-1).

Therefore,

5=a2(9a2161),9a416a280=0,(9a2+20)(a24)=0.\begin{align*} 5 =&\,a^2\biggl(\frac{9a^2}{16}-1\biggr), \\ 9a^4-16a^2-80 =&\,0, \\ (9a^2+20)(a^2-4) =&\,0. \end{align*}

Since aa is positive, a2=4a^2=4 and hence

a=2.\boxed{a=2}.

Now

e=3a4=32,e=\frac{3a}{4}=\frac32,

so the focal distance is

c=ae=232=3.c=ae=2\cdot\frac32=3.

Thus the foci are

(3,0) and (3,0).\boxed{(3,0)\text{ and }(-3,0)}.

解法二:先求焦距 cc

思路

展开

令焦点为 (±c,0)(\pm c,0)。利用 e=cae=\frac ca,可把准线距离写成 ae=a2c\frac ae=\frac{a^2}{c};再结合 c2=a2+b2c^2=a^2+b^2,直接建立只含 cc 的方程。先求焦点后,再反求 aa

答题过程

展开

Let the foci be (±c,0)(\pm c,0). Since e=c/ae=c/a,

ae=a2c=43.\frac ae=\frac{a^2}{c}=\frac43.

Hence

a2=4c3.a^2=\frac{4c}{3}.

Also,

c2=a2+b2=a2+5.c^2=a^2+b^2=a^2+5.

Substituting for a2a^2,

c2=4c3+5,3c24c15=0,(3c+5)(c3)=0.\begin{align*} c^2 =&\,\frac{4c}{3}+5, \\ 3c^2-4c-15 =&\,0, \\ (3c+5)(c-3) =&\,0. \end{align*}

Since cc is a distance, c>0c>0, so c=3c=3. Therefore, the foci are

(3,0) and (3,0).\boxed{(3,0)\text{ and }(-3,0)}.

Finally,

a2=4c3=4.a^2=\frac{4c}{3}=4.

As a>0a>0,

a=2.\boxed{a=2}.