已知双曲线CC:x2a2−y2b2=1(a>0,b>0)\dfrac{x^{2}}{a^{2}}-\dfrac{y^{2}}{b^{2}}=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1F_{1},F2F_{2},点MM在双曲线CC上,点II为△MF1F2\triangle MF_{1}F_{2}的内心,且S△IMF1+S△IMF2=S△IF1F2S_{\triangle IMF_{1}}+S_{\triangle IMF_{2}}=S_{\triangle IF_{1}F_{2}},∣MF1∣=2∣MF2∣|MF_{1}|=2|MF_{2}|,则双曲线CC的离心率为()(\quad)
A. 32\dfrac{3}{2}
B. 22
C. 33
D. 23−12\sqrt{3}-1

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完整解法

1. 利用三角形内心性质与面积关系推导边长关系式

设 △MF1F2\triangle MF_1F_2 的内切圆半径为 rr (r>0r > 0)。
因为点 II 为 △MF1F2\triangle MF_1F_2 的内心,所以点 II 到 △MF1F2\triangle MF_1F_2 的三边 MF1,MF2,F1F2MF_1, MF_2, F_1F_2 的距离均等于内切圆半径 rr。
根据三角形面积公式,各小三角形的面积分别为:
S△IMF1=12r∣MF1∣S_{\triangle IMF_1} = \dfrac{1}{2} r |MF_1|
S△IMF2=12r∣MF2∣S_{\triangle IMF_2} = \dfrac{1}{2} r |MF_2|
S△IF1F2=12r∣F1F2∣S_{\triangle IF_1F_2} = \dfrac{1}{2} r |F_1F_2|

已知 S△IMF1+S△IMF2=S△IF1F2S_{\triangle IMF_1} + S_{\triangle IMF_2} = S_{\triangle IF_1F_2},
代入可得:12r∣MF1∣+12r∣MF2∣=12r∣F1F2∣\dfrac{1}{2} r |MF_1| + \dfrac{1}{2} r |MF_2| = \dfrac{1}{2} r |F_1F_2|。
由于 r>0r > 0,等式两边同除以 12r\dfrac{1}{2}r 得:
∣MF1∣+∣MF2∣=∣F1F2∣=2c|MF_1| + |MF_2| = |F_1F_2| = 2c。

2. 结合双曲线的定义求出 $M$ 点到两焦点的距离

因为点 MM 在双曲线 CC 上,且 ∣MF1∣=2∣MF2∣>∣MF2∣|MF_1| = 2|MF_2| > |MF_2|,所以点 MM 在双曲线的右支上。
由双曲线的定义,得:
∣MF1∣−∣MF2∣=2a|MF_1| - |MF_2| = 2a

将已知条件 ∣MF1∣=2∣MF2∣|MF_1| = 2|MF_2| 代入上式中,得:
2∣MF2∣−∣MF2∣=2a  ⟹  ∣MF2∣=2a2|MF_2| - |MF_2| = 2a \implies |MF_2| = 2a
从而可得:
∣MF1∣=2∣MF2∣=4a|MF_1| = 2|MF_2| = 4a。

3. 联立方程求解双曲线的离心率

将 ∣MF1∣=4a|MF_1| = 4a 和 ∣MF2∣=2a|MF_2| = 2a 代入第一步中求得的关系式 ∣MF1∣+∣MF2∣=2c|MF_1| + |MF_2| = 2c 中,得:
4a+2a=2c  ⟹  6a=2c  ⟹  c=3a4a + 2a = 2c \implies 6a = 2c \implies c = 3a

因此,双曲线的离心率为:
e=ca=3e = \dfrac{c}{a} = 3。

所以正确选项为 C。(注:部分原题参考答案由于计算错误 2∣MF2∣−∣MF2∣=2a  ⟹  ∣MF2∣=a2|MF_2| - |MF_2| = 2a \implies |MF_2| = a 而误选了 A,正确计算应为 C)

答案

C

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