本题导读

直线 l 同时与椭圆、双曲线相交,且双曲线截得的弦是椭圆弦的三等分。核心是把”三等分”翻译成两个代数条件:两弦中点重合、弦长成 3 倍关系,再分类讨论。

📌【题干】

Question

(2004年广东卷(理)) 设直线 与椭圆 相交于 、 两点, 又与双曲线 相交于 、 两点,、 三等分线段 。求直线 的方程。

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 翻译条件:、 三等分 ,等价于「线段 、 的中点重合」且「」。
  2. 先处理竖直直线:斜率不存在时,设 ,分别代入椭圆、双曲线求竖弦长,用 解出 。
  3. 再处理一般直线:设 ,联立两个方程,先由「中点重合」推出 ,再分 、 两种情形,用弦长关系解出 或 。

✅【答案】

Success

直线 的方程为 ,或 ,或 。

✍【详细解析】

Abstract

设 与椭圆的交点为 ,与双曲线的交点为 。 三等分 ,当且仅当 与 的中点重合,且 。

情形一: 与 轴垂直(斜率不存在)

设 。代入椭圆 得 代入双曲线 得 由 : 两边平方: 故 ,即 。

情形二: 与 轴不垂直

设 。联立椭圆: 由韦达定理,。

联立双曲线: (若 ,直线与双曲线最多只有一个交点,不合题意,故 。)

由「中点重合」: 若 ,则 ,即 ,化简得 ,矛盾。故 ,即 或 。

(i):。代入椭圆得 ,;代入双曲线得 ,。由 : 即 。

(ii):。代入椭圆得 ,;代入双曲线得 ,。由 : 即 。

综上,直线 的方程为 ,或 ,或 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:直线与椭圆、双曲线的位置关系,弦长公式,弦的中点坐标(韦达定理),分类讨论。
  2. 核心方法:
    • 把「三等分」几何条件翻译成「中点重合 + 弦长 3 倍」两个代数等式,是破题关键。
    • 由中点重合先推出 ,把问题分成 、 两路,避免盲目联立。
  3. 避坑指南:
    • 竖直直线(斜率不存在)要单独讨论,不能套用 。
    • 时直线与双曲线最多一个交点,联立前要先排除。
    • 弦长平方时注意别丢掉 号:本题答案关于原点、坐标轴成对对称,漏写负号会丢解。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题是直线与椭圆、双曲线两类圆锥曲线「共线弦长成比例」的经典综合题,考查联立消元、弦长公式与分类讨论的通法,运算量较大。
  2. 结论推广:一般地,直线 与两条共中心、共对称轴的二次曲线相交,若一条曲线截得的弦是另一条的三等分,可统一设 ,先用「中点重合」降维(推出 或 ),再分类用弦长公式求解。

🔗【关联脉络】

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