过双曲线x2a2−y2b2=1(a>0,b>0)\dfrac{x^{2}}{a^{2}}-\dfrac{y^{2}}{b^{2}}=1(a>0,b>0)的右焦点FF作一条渐近线的垂线,垂足为MM,且FMFM的中点AA在双曲线上,则双曲线离心率ee等于()(\quad)
A. 2\sqrt{2}
B. 3\sqrt{3}
C. 5\sqrt{5}
D. 3+12\dfrac{\sqrt{3}+1}{2}

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完整解法

1. 求出垂足 $M$ 的坐标

设双曲线的右焦点为 F(c,0)F(c,0),其中一条渐近线方程为 y=baxy = \dfrac{b}{a} x 即 bx−ay=0bx - ay = 0。
过 FF 作渐近线 y=baxy = \dfrac{b}{a} x 的垂线 FMFM,由于两直线垂直其斜率之积为 −1-1,故直线 FMFM 的斜率为 −ab-\dfrac{a}{b}。
所以直线 FMFM 的方程为:y−0=−ab(x−c)y - 0 = -\dfrac{a}{b}(x - c),即 ax+by−ac=0ax + by - ac = 0。
联立渐近线与垂线方程:
{y=baxax+by−ac=0\begin{cases} y = \dfrac{b}{a}x \\ ax + by - ac = 0 \end{cases}
解得交点(垂足) MM 的坐标为 M\left(\dfrac{a^2}{c}, \dfrac{ab}{c} ight)。

2. 利用中点公式求出线段 $FM$ 的中点 $A$ 的坐标

已知 F(c,0)F(c,0),且 M\left(\dfrac{a^2}{c}, \dfrac{ab}{c} ight)。
根据线段中点坐标公式,中点 A(xA,yA)A(x_A, y_A) 的坐标为:
xA=c+a2c2=a2+c22cx_A = \frac{c + \frac{a^2}{c}}{2} = \frac{a^2 + c^2}{2c}
yA=0+abc2=ab2cy_A = \frac{0 + \frac{ab}{c}}{2} = \frac{ab}{2c}
所以 A\left(\dfrac{a^2 + c^2}{2c}, \dfrac{ab}{2c} ight)。

3. 将 $A$ 的坐标代入双曲线方程,化简得到 $a, c$ 的关系式

因为中点 AA 在双曲线上,将其坐标代入双曲线方程 x2a2−y2b2=1\dfrac{x^2}{a^2} - \dfrac{y^2}{b^2} = 1 中,得:
(a2+c22c)2a2−(ab2c)2b2=1\frac{\left(\frac{a^2+c^2}{2c}\right)^2}{a^2} - \frac{\left(\frac{ab}{2c}\right)^2}{b^2} = 1
化简为:
(a2+c2)24c2a2−a24c2=1\frac{(a^2+c^2)^2}{4c^2 a^2} - \frac{a^2}{4c^2} = 1
两边同乘以 4c2a24c^2 a^2 得:
(a2+c2)2−a4=4c2a2(a^2+c^2)^2 - a^4 = 4c^2 a^2
展开整理得:
a4+2a2c2+c4−a4=4a2c2  ⟹  c4=2a2c2a^4 + 2a^2 c^2 + c^4 - a^4 = 4a^2 c^2 \implies c^4 = 2a^2 c^2
因为 c>0c > 0,所以两边同除以 c2c^2,得:
c2=2a2c^2 = 2a^2

4. 求出双曲线的离心率 $e$

根据双曲线的离心率公式 e=cae = \dfrac{c}{a},可得:
e2=c2a2=2e^2 = \frac{c^2}{a^2} = 2
因为双曲线的离心率 e>1e > 1,所以 e=2e = \sqrt{2}。
故选 A。

答案

A

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