浙江 2019 · 数学 q02

题解图(原卷截图 · 含答案与官方解析)

浙江 2019 · 数学 q02 原卷截图(含答案)

文字转写(题面 + 答案)

题面

2.渐近线方程为 x±y=0x \pm y = 0 的双曲线的离心率是()
A. 22\frac{\sqrt{2}}{2}
B. 1
C. 2\sqrt{2}
D. 2

答案

C

本题的知识树

7 概念 · 2 公式 · 1 题型 · 1 套路 · 1 易错点 · 最深 3 层。长链是构建期派生的,源文件里只有最小一步。

攻略(零基础 → 会做)

渐近线 y=±xy=\pm x 定离心率 · 它只锁死 a=ba=b,锁不住焦点在哪个轴上——两种摆法都得 2\sqrt2 · 最终答案:C

冷启动:题面只给了一句话,先看它到底锁住了什么

题面给的全部条件是渐近线方程:

x±y=0,即y=x 与 y=−x.x\pm y=0 ,\qquad\text{即}\qquad y=x\ \text{与}\ y=-x .

要求的是离心率 ee。所以整道题就是一次翻译:把「渐近线是这两条」翻成「aa、bb、cc 之间的关系」。

翻译之前先把这句条件称一称重量——它锁住的比看起来少:

  • 焦点在 xx 轴上时,渐近线是 y=±baxy=\pm\dfrac{b}{a}x,两条斜率是 ±ba\pm\dfrac ba;
  • 焦点在 yy 轴上时(方程 y2a2−x2b2=1\dfrac{y^{2}}{a^{2}}-\dfrac{x^{2}}{b^{2}}=1),渐近线是 y=±abxy=\pm\dfrac{a}{b}x。

两种情形里,斜率都是 aa 与 bb 的比。所以

「渐近线是 y=±xy=\pm x」这句话只说了一件事:a=ba=b。 它既定不出 aa 与 bb 的具体值(a=b=1a=b=1 与 a=b=100a=b=100 的双曲线渐近线完全相同), 也定不出焦点在哪个坐标轴上。

这就是本题唯一的卡点:条件给得比通常少,所以要么先补一个假设(解法一),要么干脆两种都算(解法二)。 好在本题的渐近线斜率恰好是 11(等轴双曲线),两条路最后落到同一个数上—— 斜率换成别的数就不会这么便宜,后文的方框里有反例。

解法一:读渐近线的斜率,套一步公式

怎么想到的。 求的是 ee,而 ee 有一条只要 ba\dfrac ba 就够用的公式:

e=ca=1+(ba)2.e=\frac{c}{a}=\sqrt{1+\left(\frac{b}{a}\right)^{2}} .

题面给的偏偏就是渐近线的斜率,也就是 ba\dfrac ba。条件和公式恰好对口,那就直接对上。

① 先摆一套方程。 设双曲线的焦点在 xx 轴上:

x2a2−y2b2=1(a>0, b>0).\frac{x^{2}}{a^{2}}-\frac{y^{2}}{b^{2}}=1\qquad(a>0,\ b>0) .

它的渐近线是 y=±baxy=\pm\dfrac ba x。

② 与题面比对,读出比值。 题面的渐近线写成斜截式是 y=±xy=\pm x,斜率的绝对值是 11,所以

ba=1.\frac ba=1 .

③ 代入公式。

e=1+(ba)2=1+12=2.e=\sqrt{1+\left(\frac ba\right)^{2}}=\sqrt{1+1^{2}}=\sqrt2 .

与选项 C 相同。

自检两处。

  • 量级对不对:双曲线必有 c>a>0c>a>0,故 e>1e>1。算出的 2≈1.414>1\sqrt2\approx1.414>1 ✓。 (这一条能当场毙掉选项 A 与 B。)
  • 反过来验一遍:取 a=b=1a=b=1,则 c=a2+b2=2c=\sqrt{a^{2}+b^{2}}=\sqrt2,双曲线是 x2−y2=1x^{2}-y^{2}=1, 渐近线确为 y=±xy=\pm x,离心率 ca=2\dfrac{c}{a}=\sqrt2 ✓。

但第 ① 步是我替题目补的假设。 题面没有一个字说焦点在 xx 轴上。 这一步在本题恰好不影响答案,理由一行就能给:换成焦点在 yy 轴上,方程是 y2a2−x2b2=1\dfrac{y^{2}}{a^{2}}-\dfrac{x^{2}}{b^{2}}=1、渐近线是 y=±abxy=\pm\dfrac ab x, 与 y=±xy=\pm x 比对得 ab=1\dfrac ab=1,仍是 a=ba=b,仍得 e=2e=\sqrt2。 (下一条路把这件事完整算一遍。)可它仍是一个必须意识到自己做了的动作—— 换成「求双曲线的标准方程」的问法,同一句渐近线条件会给出两个不同的方程; 而且渐近线的斜率一旦不是 11,连离心率都会随摆法而变(见后文的方框)。

教学图:两条灰色虚线是题面给的渐近线 y=±x,把平面分成四块;深蓝实线那条开口朝左右,标一个「甲」字,两个顶点在 x=±1(标 a=1),右焦点用星号标在 x=√2 处(标 c=√2);亮蓝虚线那条开口朝上下,标一个「乙」字——两条曲线共用同一对渐近线。抬头交代谁是谁:实线甲的焦点在 x 轴上、b/a=1,虚线乙的焦点在 y 轴上、a/b=1 故 b/a 也是 1,而 e 只由这个比决定。图下方一行结论:两种摆法都得 e=√2,官方答案 C

解法二:不预设焦点位置——两种摆法各算一遍

怎么想到的。 既然渐近线锁不住焦点位置,那就别锁:把两种摆法都写出来,各算一遍离心率, 看结果是不是同一个数。这条路多花二十秒,换来的是不欠账——而且它顺手证明了解法一那个 「补上的假设」为什么无害。

① 摆法甲:焦点在 xx 轴上。

x2a2−y2b2=1,渐近线 y=±bax.\frac{x^{2}}{a^{2}}-\frac{y^{2}}{b^{2}}=1,\qquad \text{渐近线 } y=\pm\frac ba x .

与 y=±xy=\pm x 比对得 ba=1\dfrac ba=1,即 b=ab=a。代入双曲线的 aa、bb、cc 关系:

c2=a2+b2=2a2 ⟹ c=2 a ⟹ e=ca=2.c^{2}=a^{2}+b^{2}=2a^{2}\ \Longrightarrow\ c=\sqrt2\,a\ \Longrightarrow\ e=\frac ca=\sqrt2 .

② 摆法乙:焦点在 yy 轴上。

y2a2−x2b2=1,渐近线 y=±abx.\frac{y^{2}}{a^{2}}-\frac{x^{2}}{b^{2}}=1,\qquad \text{渐近线 } y=\pm\frac ab x .

(这一套里 aa 仍是半实轴长,只是实轴改成了竖着的,所以渐近线的斜率变成 ab\dfrac ab—— 写渐近线时跟着实轴走,别背成永远是 ba\dfrac ba。)

与 y=±xy=\pm x 比对得 ab=1\dfrac ab=1,同样得 b=ab=a,于是

c2=a2+b2=2a2 ⟹ e=ca=2.c^{2}=a^{2}+b^{2}=2a^{2}\ \Longrightarrow\ e=\frac ca=\sqrt2 .

③ 两种摆法给出同一个数,所以不必分类作答:

e=2,e=\sqrt2 ,

选 C。

④ 为什么必然相同(这才是要带走的东西)。 两种摆法的共同结论是 a=ba=b, 也就是半实轴与半虚轴等长——实轴与虚轴等长的双曲线叫等轴双曲线。而

a=b ⟹ e=1+(ba)2=2,a=b\ \Longrightarrow\ e=\sqrt{1+\left(\frac ba\right)^{2}}=\sqrt2 ,

这个推导里根本没出现坐标轴:ee 只由 ba\dfrac ba 决定,而 ba\dfrac ba 与双曲线摆在哪个方向无关。 所以等轴双曲线的离心率恒为 2\sqrt2,与摆法无关。

这两条路差在哪。 解法一快:认出 ba=1\dfrac ba=1,套公式,两行完事——考场上就该这么写。 解法二稳:它把「焦点位置没给」这件事摆到明面上,并给出结论「本题不受影响」的理由。 两条路的分水岭不是「所求是不是比值」——那句话是错的,分水岭在渐近线的斜率是不是 11:

  • 斜率恰为 11(等轴双曲线,本题)——两种摆法都给出 a=ba=b,离心率同为 2\sqrt2, 所以解法一那个「不妨设焦点在 xx 轴上」在本题无害;
  • 斜率 m≠1m\neq1——两种摆法给出不同的 ba\dfrac ba:焦点在 xx 轴上时 ba=m\dfrac ba=m, 焦点在 yy 轴上时 ab=m\dfrac ab=m 即 ba=1m\dfrac ba=\dfrac1m。于是离心率是 1+m2\sqrt{1+m^{2}} 或 1+1/m2\sqrt{1+1/m^{2}},两个值不等。 举个数:渐近线 y=±2xy=\pm2x,焦点在 xx 轴上得 e=5e=\sqrt5, 焦点在 yy 轴上得 ba=12\dfrac ba=\dfrac12、e=52e=\dfrac{\sqrt5}{2}——连问离心率都得分两种摆法作答。

所以「所求是个比值」并不能免掉分类讨论;本题免掉了,靠的是 m=1m=1 这个特殊性 (1+m2=1+1/m2\sqrt{1+m^{2}}=\sqrt{1+1/m^{2}} 当且仅当 m=1m=1)。 至于问标准方程(要具体的 aa、bb,还要知道横竖),渐近线条件更是不够: 必须再给一个条件(过某点、焦距、实轴长),而且仍要分两种摆法作答。

记一句话版本:渐近线只给比,不给值,也不给方向——它给的「比」只到 「ba\dfrac ba 与 ab\dfrac ab 里的某一个」,是哪一个,要靠焦点位置才定得下来。

🕳️ 避坑

本题四个选项恰好是四种典型错法的产物:

选项它从哪来错在哪
A 22\dfrac{\sqrt2}{2}ac\dfrac ac把 ee 写倒了——e=cae=\dfrac ca,不是 ac\dfrac ac。双曲线的 e>1e>1,22<1\dfrac{\sqrt2}{2}<1 直接出局
B 11误以为 a=ca=ce=1e=1 是抛物线的离心率;双曲线的 ee 必 >1>1,取不到 11
C 2\sqrt2e=1+1e=\sqrt{1+1}正确
D 22e2=1+1=2e^{2}=1+1=2 忘开方算到 e2=2e^{2}=2 就停笔了;也可能把 c2=2a2c^{2}=2a^{2} 读成 c=2ac=2a
  • ee 的取值范围先记牢,能当场筛掉一半选项。 椭圆 0<e<10<e<1、抛物线 e=1e=1、双曲线 e>1e>1。 本题问的是双曲线,A 与 B 不必算就能划掉。
  • 「a=ba=b」不等于「a=b=1a=b=1」。 原卷解析里写的「所以 a=b=1a=b=1」是顺手取的一个特例 (取 11 最省事,算比值时确实无碍),但它不是条件推出来的:渐近线为 y=±xy=\pm x 的双曲线 有无穷多条(x2−y2=kx^{2}-y^{2}=k,k≠0k\neq0 任意),它们的 a=b=∣k∣a=b=\sqrt{|k|} 各不相同, 离心率却全是 2\sqrt2。写成「a=ba=b,故 e=2e=\sqrt2」才是不多说话的写法。
  • 渐近线的斜率跟着实轴走。 焦点在 xx 轴上时斜率是 ±ba\pm\dfrac ba, 焦点在 yy 轴上时是 ±ab\pm\dfrac ab。背成一个方向,遇到竖着摆的双曲线就会把 aa、bb 对调, 本题因 a=ba=b 恰好看不出来,别的题就会错。

顺带记住这条互为共轭的关系:x2−y2=1x^{2}-y^{2}=1 与 y2−x2=1y^{2}-x^{2}=1 渐近线完全相同, 一个开口左右、一个开口上下,合起来正好把渐近线分出的四块区域填满两组对角。 教学图画的就是这一对。但共轭双曲线的离心率一般并不相同——本题两条相同, 又是 a=ba=b 的功劳:换成 x24−y2=1\dfrac{x^{2}}{4}-y^{2}=1 与 y2−x24=1y^{2}-\dfrac{x^{2}}{4}=1, 它们同样共用渐近线 y=±12xy=\pm\dfrac12x,离心率却分别是 52\dfrac{\sqrt5}{2} 与 5\sqrt5。

对照选项 A. 22\dfrac{\sqrt2}{2}、B. 11、C. 2\sqrt2、D. 22,故选 C。

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