在解析几何中,双曲线是一种重要的二次曲线。本文将探讨等轴双曲线的性质,并证明其上任意一点到两条渐近线的距离之积为常数。
一、等轴双曲线的基本定义
等轴双曲线是指一种特殊的双曲线,其离心率为 $\sqrt{2}$,即 $e = \sqrt{2}$。其标准方程可以表示为:
$$
x^2 - y^2 = a^2
$$
其中 $a > 0$ 是一个常数。该双曲线的两条渐近线分别为:
$$
y = x \quad \text{和} \quad y = -x
$$
二、任意一点到渐近线的距离公式
设点 $P(x_0, y_0)$ 是等轴双曲线上的一点,则它满足双曲线方程:
$$
x_0^2 - y_0^2 = a^2
$$
点 $P(x_0, y_0)$ 到直线 $y = x$ 的距离为:
$$
d_1 = \frac{|x_0 - y_0|}{\sqrt{2}}
$$
点 $P(x_0, y_0)$ 到直线 $y = -x$ 的距离为:
$$
d_2 = \frac{|x_0 + y_0|}{\sqrt{2}}
$$
三、距离之积的计算
将上述两个距离相乘,得到:
$$
d_1 \cdot d_2 = \left(\frac{|x_0 - y_0|}{\sqrt{2}}\right) \cdot \left(\frac{|x_0 + y_0|}{\sqrt{2}}\right)
$$
化简后:
$$
d_1 \cdot d_2 = \frac{|(x_0 - y_0)(x_0 + y_0)|}{2}
$$
利用平方差公式展开:
$$
(x_0 - y_0)(x_0 + y_0) = x_0^2 - y_0^2
$$
因此:
$$
d_1 \cdot d_2 = \frac{|x_0^2 - y_0^2|}{2}
$$
根据双曲线的性质,点 $P(x_0, y_0)$ 满足 $x_0^2 - y_0^2 = a^2$,所以:
$$
|x_0^2 - y_0^2| = |a^2| = a^2
$$
最终得到:
$$
d_1 \cdot d_2 = \frac{a^2}{2}
$$
四、结论
通过以上推导可知,等轴双曲线上任意一点到两渐近线的距离之积是一个常数,且该常数为:
$$
\boxed{\frac{a^2}{2}}
$$
这一结果表明,等轴双曲线具有独特的对称性和几何特性,这种性质在实际应用中具有重要意义。