1. 由向量数量积与圆的性质确定 $\triangle MF_2N$ 的形状
因为 MN 为圆的直径,且圆过点 F2,所以 ∠MF2N=90∘,即 MF2⊥NF2。
由向量加法有 MN=MF2+F2N,代入已知条件 MF2⋅MN=21MN2 得:
MF2⋅(MF2+F2N)=∣MF2∣2+0=∣MF2∣2
故 ∣MF2∣2=21∣MN∣2⟹∣MF2∣=22∣MN∣。
在 Rt△MF2N 中,∣NF2∣=∣MN∣2−∣MF2∣2=22∣MN∣。
因此 △MF2N 是等腰直角三角形,且 ∠F2MN=45∘。
2. 结合双曲线定义求线段 $MN$ 的长及各焦点半径
因为左焦点 F1(−c,0) 满足 −c<−a,直线 l 过 F1 交双曲线左、右两支于 M,N 两点,所以点 M 位于 F1 与 N 之间(即 xF1<xM<xN),三点排列顺序为 F1−M−N。
故 MN=F1N−F1M。
由双曲线定义:
点 N 在右支上,则 F1N−F2N=2a⟹F1N=F2N+2a;
点 M 在左支上,则 F2M−F1M=2a⟹F1M=F2M−2a。
代入得:
MN=(F2N+2a)−(F2M−2a)=F2N−F2M+4a
由第 1 步知 F2N=F2M,所以 MN=4a。
从而 MF2=NF2=22MN=22a,且 F1M=MF2−2a=2(2−1)a。
3. 在 $\triangle F_1 M F_2$ 中应用余弦定理求 $c$ 与 $a$ 的关系
在 △F1MF2 中,由于 F1,M,N 共线,有 ∠F1MF2=180∘−∠NMF2=180∘−45∘=135∘。
由余弦定理得:
F1F22=F1M2+MF22−2F1M⋅MF2cos135∘
将 F1M=2(2−1)a 和 MF2=22a 代入:
F1M2=4(2−1)2a2=(12−82)a2
MF22=8a2
−2F1M⋅MF2cos135∘=−2⋅2(2−1)a⋅22a⋅(−22)=(82−8)a2
相加得:
(2c)2=(12−82+8+82−8)a2=12a2
解得 c=3a。
4. 利用正弦定理求直线 $l$ 的斜率
设直线 l 的倾斜角为 θ=∠MF1F2。
在 △F1MF2 中,由正弦定理得:
sinθMF2=sin135∘F1F2
代入已知量:
sinθ22a=2223a=26a⟹sinθ=2622=33
因为 θ∈(0,π),所以 cosθ=1−sin2θ=36。
故直线 l 的斜率大小为:
∣k∣=tanθ=cosθsinθ=6/33/3=22
对照选项,直线 l 的斜率为 22,故选 B。