1. 确定双曲线的焦点位置、方程形式及焦距参数
由题意,双曲线的焦点在 y 轴上,且 F(0,−2) 是其一个焦点,
所以 c=2,c2=4。
设双曲线的方程为 a2y2−b2x2=1 (其中 a>0,b>0),则有 a2+b2=c2=4。
2. 求直线 $l$ (即 $MN$)的斜率
因为直线 l 过焦点 F(0,−2) 且与双曲线相交于 M,N 两点,中点为 P(3,1),
所以 F,M,N,P 共线,
则直线 l 的斜率 k=kFP=3−01−(−2)=1。
3. 利用“点差法”求 $a^2$ 与 $b^2$ 的比例关系
设 M(x1,y1),N(x2,y2),则有:
⎩⎨⎧a2y12−b2x12=1a2y22−b2x22=1
两式相减得:
a2y12−y22−b2x12−x22=0⟹a2(y1−y2)(y1+y2)=b2(x1−x2)(x1+x2)
变形得:
x1−x2y1−y2⋅x1+x2y1+y2=b2a2
因为 P(3,1) 为 MN 的中点,所以 x1+x2=6,y1+y2=2,
又 k=x1−x2y1−y2=1,
代入上式可得:
1⋅62=b2a2⟹b2=3a2。
4. 联立求解 $a^2$ 和 $b^2$ 并写出双曲线方程
联立方程组:
{b2=3a2a2+b2=4
解得 a2=1,b2=3。
所以双曲线的方程为 y2−3x2=1。
对比选项,只有 B 符合。