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1、第九章平面解析幾何第11課時直線與圓錐曲線的綜合應(yīng)用1. (選修11P44習(xí)題4改編)以雙曲線1的中心為頂點,且以該雙曲線的右焦點為焦點的拋物線方程是_答案:y212x解析:雙曲線1的中心為O(0,0),該雙曲線的右焦點為F(3,0),則拋物線的頂點為(0,0),焦點為(3,0),所以p6,所以拋物線方程是y212x.2. 以雙曲線3x2y212的焦點為頂點,頂點為焦點的橢圓的方程是_答案:1解析:雙曲線方程可化為1,焦點為(0,±4),頂點為(0,±2) 橢圓的焦點在y軸上,且a4,c2,此時b2,橢圓方程為1.3. 若拋物線y22px的焦點與橢圓1的右焦點重合,則p_答
2、案:4解析:橢圓1的右焦點(2,0)是拋物線y22px的焦點,所以2,p4.4. 已知雙曲線x21的左頂點為A1,右焦點為F2,P為雙曲線右支上一點,則·的最小值為_答案:2解析:設(shè)點P(x,y),其中x1.依題意得A1(1,0),F(xiàn)2(2,0),由雙曲線方程得y23(x21).·(1x,y)·(2x,y)(x1)(x2)y2x2y2x2x23(x21)x24x2x54,其中x1.因此,當(dāng)x1時,·取得最小值2.5. 已知橢圓C:y21的兩焦點為F1,F(xiàn)2,點P(x0,y0)滿足y1,則PF1PF2的取值范圍為_答案:2,2解析:當(dāng)P在原點處時,PF1P
3、F2取得最小值2;當(dāng)P在橢圓上時,PF1PF2取得最大值2,故PF1PF2的取值范圍為2,21. 圓錐曲線的統(tǒng)一定義平面內(nèi)到一個定點F和到一條定直線l(F不在l上)的距離的比等于常數(shù)e的軌跡當(dāng)0<e<1時,它表示橢圓;當(dāng)e>1時,它表示雙曲線;當(dāng)e1時,它表示拋物線2. 曲線的方程與方程的曲線在直角坐標(biāo)系中,如果某曲線C(看作適合某種條件的點的集合或軌跡)上的點與一個二元方程f(x,y)0的實數(shù)解建立了如下的關(guān)系:(1) 曲線上的點的坐標(biāo)都是這個方程的解;(2) 以這個方程的解為坐標(biāo)的點都在曲線C上,那么,這個方程叫做曲線的方程,這條曲線叫做方程的曲線(圖形)3. 平面解析幾
4、何研究的兩個主要問題(1) 根據(jù)已知條件,求出表示曲線的方程;(2) 通過曲線的方程研究曲線的性質(zhì)4. 求曲線方程的一般方法(五步法)求曲線(圖形)的方程,一般有下面幾個步驟:(1) 建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系,用有序?qū)崝?shù)對(x,y)表示曲線上任意一點M的坐標(biāo);(2) 寫出適合條件p的點M的集合PM|p(M);(3) 用坐標(biāo)表示條件p(M),列出方程f(x,y)0;(4) 化方程f(x,y)0為最簡形式;(5) 說明已化簡后的方程的解為坐標(biāo)的點都在曲線上.題型1最值問題例1如圖,橢圓C:1(ab0)的離心率為,其左焦點到點P(2,1)的距離為.不過原點O的直線l與C相交于A,B兩點,且線段AB被直線OP
5、平分(1) 求橢圓C的方程;(2) 求ABP面積取最大值時直線l的方程解:(1) 設(shè)橢圓左焦點為F(c,0),則由題意得得所以橢圓方程為1.(2) 設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),線段AB的中點為M.當(dāng)直線AB與x軸垂直時,直線AB的方程為x0,與不過原點的條件不符,舍去故可設(shè)直線AB的方程為ykxm(m0),由消去y,整理得(34k2)x28kmx4m2120,則64k2m24(34k2)(4m212)0,所以線段AB的中點為M.因為M在直線OP:yx上,所以,得m0(舍去)或k.此時方程為3x23mxm230,則3(12m2)0,所以AB·|x1x2|·,設(shè)點P到
6、直線AB的距離為d,則d.設(shè)ABP的面積為S,則SAB·d·.其中m(2,0)(0,2)令u(m)(12m2)(m4)2,m2,2,u(m)4(m4)(m22m6)4(m4)·(m1)(m1)所以當(dāng)且僅當(dāng)m1時,u(m)取到最大值故當(dāng)且僅當(dāng)m1時,S取到最大值綜上,所求直線l的方程為3x2y220.如圖,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,橢圓的中心在原點O,右焦點F在x軸上,橢圓與y軸交于A、B兩點,其右準(zhǔn)線l與x軸交于T點,直線BF交橢圓于C點,P為橢圓上弧AC上的一點(1) 求證:A、C、T三點共線;(2) 如果3,四邊形APCB的面積最大值為,求此時橢圓的方程和P點
7、坐標(biāo)(1) 證明:設(shè)橢圓方程為1(ab0) ,則A(0,b),B(0,b),T.AT:1 ,BF:1 ,解得交點C(,),代入得1,滿足式,則C點在橢圓上,即A、C、T三點共線(2) 解:過C作CEx軸,垂足為E,則OBFECF.3,CEb,EFc,則C,代入得1, a22c2,b2c2.設(shè)P(x0,y0),則x02y2c2.此時C,ACc,SABC·2c·c2,直線AC的方程為x2y2c0,P到直線AC的距離為d,SAPCd·AC··c·c.只須求x02y0的最大值,(解法1) (x02y0)2x4y2·2x0y0x4y2
8、(xy)3(x2y)6c2, x02y0c.當(dāng)且僅當(dāng)x0y0c時,(x02y0)maxc.(解法2)令x02y0t,代入x2y2c2得(t2y0)22y2c20,即6y4ty0t22c20.(4t)224(t22c2)0,得tc.當(dāng)tc,代入原方程解得x0y0c.四邊形的面積最大值為c2c2c2, c21,a22,b21,此時橢圓方程為y21.P點坐標(biāo)為.題型2定值問題例2如圖,橢圓C0:1(a>b>0,a、b為常數(shù)),動圓C1:x2y2t,b<t1<a.點A1、A2分別為C0的左、右頂點,C1與C0相交于A、B、C、D四點(1) 求直線AA1與直線A2B交點M的軌跡方
9、程;(2) 設(shè)動圓C2:x2y2t與C0相交于A,B,C,D四點,其中b<t2<a,t1t2.若矩形ABCD與矩形ABCD的面積相等,證明:tt為定值(1) 解:設(shè)A(x1,y1),B(x1,y1),又知A1(a,0),A2(a,0),則直線A1A的方程為y(xa),直線A2B的方程為y(xa)由得y2(x2a2)由點A(x1,y1)在橢圓C0上,故1.從而yb2,代入得1(x<a,y<0)(2) 證明:設(shè)A(x2,y2),由矩形ABCD與矩形ABCD的面積相等,得4|x1|y1|4|x2|y2|,故xyxy.因為點A,A均在橢圓上,所以b2xb2x.由t1t2,知x1
10、x2,所以xxa2,從而yyb2,因此tta2b2為定值在平面直角坐標(biāo)系xOy中,橢圓C:1(ab0)的右焦點為F(4m,0)(m0,m為常數(shù)),離心率等于0.8,過焦點F、傾斜角為的直線l交橢圓C于M、N兩點(1) 求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;(2) 若90°,求實數(shù)m;(3) 試問的值是否與的大小無關(guān),并證明你的結(jié)論解:(1) c4m,橢圓離心率e, a5m. b3m.橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為1.(2) 在橢圓方程1中,令x4m,解得y±. 當(dāng)90°時,直線MNx軸,此時FMFN,.,解得m.(3) 的值與的大小無關(guān)證明如下:(證法1)設(shè)點M、N到右準(zhǔn)線的距離分別為d1、d
11、2.,.又由圖可知,MFcosd1c, d1,即.同理,(cos1)(cos1).·.顯然該值與的大小無關(guān)(證法2)當(dāng)直線MN的斜率不存在時,由(2)知,的值與的大小無關(guān)當(dāng)直線MN的斜率存在時,設(shè)直線MN的方程為yk(x4m),代入橢圓方程1,得(25k29)m2x2200m3k2x25m4(16k29)0.設(shè)點M(x1,y1)、N(x2,y2),0恒成立, x1x2,x1·x2., MF5mx1,NF5mx2.顯然該值與的大小無關(guān)題型3定點問題例3在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知圓C1:(x3)2(y1)24和圓C2:(x4)2(y5)24.(1) 若直線l過點A(4,0)
12、,且被圓C1截得的弦長為2,求直線l的方程;(2) 設(shè)P為平面上的點,滿足:存在過點P的無窮多對互相垂直的直線l1和l2,它們分別與圓C1和圓C2相交,且直線l1被圓C1截得的弦長與直線l2被圓C2截得的弦長相等,試求所有滿足條件的點P的坐標(biāo)解:(1) 設(shè)直線l的方程為yk(x4),即kxy4k0.由垂徑定理,得圓心C1到直線l的距離d1,結(jié)合點到直線距離公式,得1,化簡得24k27k0,解得k0或k.所求直線l的方程為y0或y(x4),即y0或7x24y280.(2) 設(shè)點P坐標(biāo)為(m,n),直線l1、l2的方程分別為ynk(xm),yn(xm),即kxynkm0,xynm0.因為直線l1被
13、圓C1截得的弦長與直線l2被圓C2截得的弦長相等,兩圓半徑相等由垂徑定理,得圓心C1到直線l1與圓心C2到直線l2的距離相等故有,化簡得(2mn)kmn3或(mn8)kmn5.因為關(guān)于k的方程有無窮多解,所以有或解得點P坐標(biāo)為或.已知橢圓y21的左頂點為A,過A作兩條互相垂直的弦AM、AN交橢圓于M、N兩點(1) 當(dāng)直線AM的斜率為1時,求點M的坐標(biāo);(2) 當(dāng)直線AM的斜率變化時,直線MN是否過x軸上的一定點?若過定點,請給出證明,并求出該定點;若不過定點,請說明理由解:(1) 直線AM的斜率為1時,直線AM為yx2,代入橢圓方程并化簡得5x216x120,解之得x12,x2,點M的坐標(biāo)為.
14、(2) 設(shè)直線AM的斜率為k,則AM為yk(x2),則化簡得(14k2)x216k2x16k240.此方程有一根為2, xM,同理可得xN.由(1)知若存在定點,則此點必為P. kMP,同理可計算得kPN.直線MN過x軸上的一定點P.(理)題型4軌跡問題例4如圖,已知梯形ABCD中|AB|2|CD|,點E滿足,雙曲線過C、D、E三點,且以A、B為焦點當(dāng)時,求雙曲線離心率e的取值范圍解:如題圖,以直線AB為x軸,AB的垂直平分線為y軸,建立直角坐標(biāo)系xOy,則CDy軸因為雙曲線經(jīng)過點C、D,且以A、B為焦點,由雙曲線的對稱性知C、D關(guān)于y軸對稱根據(jù)已知,設(shè)A(c,0),C,E(x0,y0),其中
15、c|AB|為雙曲線的半焦距,h是梯形的高由,即(x0c,y0),得x0,y0.不妨設(shè)雙曲線的方程為1,則離心率e.由點C、E在雙曲線上,將點C、E的坐標(biāo)和e代入雙曲線的方程得由式得1,將式代入式,整理得 (44)12,所以1.由已知,所以1,解之得 e,所以雙曲線的離心率的取值范圍為,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知定點A(4,0)、B(4,0),動點P與A、B連線的斜率之積為.(1) 求點P的軌跡方程;(2) 設(shè)點P的軌跡與y軸負(fù)半軸交于點C.半徑為r的圓M的圓心M在線段AC的垂直平分線上,且在y軸右側(cè),圓M被y軸截得的弦長為r.() 求圓M的方程;() 當(dāng)r變化時,是否存在定直線l與動圓M均
16、相切?如果存在,求出定直線l的方程;如果不存在,說明理由解:(1) 設(shè)P(x,y),則直線PA、PB的斜率分別為k1、k2.由題意知·,即1(x±4)所以動點P的軌跡方程是1(x±4)(2) ()由題意C(0,2),A(4,0),所以線段AC的垂直平分線方程為y2x3.設(shè)M(a,2a3)(a0),則圓M的方程為(xa)2(y2a3)2r2.圓心M到y(tǒng)軸的距離da,由r2d2,得a.所以圓M的方程為(yr3)2r2.()假設(shè)存在定直線l與動圓M均相切當(dāng)定直線的斜率不存在時,不合題意設(shè)直線l:ykxb,則r對任意r0恒成立由r,得r2(k2)(b3)r(b3)2(1k
17、2)r2.所以解得或所以存在兩條直線y3和4x3y90與動圓M均相切【示例】 (本題模擬高考評分標(biāo)準(zhǔn),滿分14分)如圖,橢圓E:1(ab0)的左焦點為F1,右焦點為F2,離心率e.過F1的直線交橢圓于A、B兩點,且ABF2的周長為8.(1) 求橢圓E的方程;(2) 設(shè)動直線l:ykxm與橢圓E有且只有一個公共點P,且與直線x4相交于點Q.試探究:在坐標(biāo)平面內(nèi)是否存在定點M,使得以PQ為直徑的圓恒過點M?若存在,求出點M的坐標(biāo);若不存在,說明理由學(xué)生錯解:解:(1) 略(2) 由消去y得(4k23)x28kmx4m2120.因為動直線l與橢圓E有且只有一個公共點P(x0,y0),所以m0且0,即
18、64k2m24(4k23)(4m212)0,化簡得4k2m230.(*)此時x0,y0kx0m,所以P.由得Q(4,4km)假設(shè)平面內(nèi)存在定點M滿足條件,由圖形對稱性知,點M必在x軸上設(shè)M(x1,0),則·0對滿足(*)式的m,k恒成立因為,(4x1,4km),由·0,得4x1x30,整理,得(4x14)x4x130.(*),方程無解故不存在定點M,使得以PQ為直徑的圓恒過點M.審題引導(dǎo): (1) 建立方程組求解參數(shù)a,b,c;(2) 恒成立問題的求解;(3) 探索性問題的一般解題思路規(guī)范解答: 解:(1) 因為ABAF2BF28,即AF1F1BAF2BF28,(1分)又A
19、F1AF2BF1BF22a,(2分)所以4a8,a2.又因為e,即,所以c1,(3分)所以b.故橢圓E的方程是1.(4分)(2) 由消去y得(4k23)x28kmx4m2120.(5分)因為動直線l與橢圓E有且只有一個公共點P(x0,y0),所以m0且0,(6分)即64k2m24(4k23)(4m212)0,化簡得4k2m230.(*)(7分)此時x0,y0kx0m,所以P.(8分)由得Q(4,4km)(9分)假設(shè)平面內(nèi)存在定點M滿足條件,由圖形對稱性知,點M必在x軸上(10分)設(shè)M(x1,0),則·0對滿足(*)式的m,k恒成立因為,(4x1,4km),由·0,得4x1x
20、30,整理,得(4x14)x4x130.(*)(12分)由于(*)式對滿足(*)式的m,k恒成立,所以解得x11.(13分)故存在定點M(1,0),使得以PQ為直徑的圓恒過點M.(14分)錯因分析: 本題易錯之處是忽視定義的應(yīng)用;在處理第(2)問時,不清楚圓的對稱性,從而不能判斷出點M必在x軸上同時不會利用恒成立求解1. 已知拋物線y22px(p0)上存在關(guān)于直線xy1對稱的相異兩點,則實數(shù)p的取值范圍為_答案:解析:設(shè)拋物線上關(guān)于直線xy1對稱的兩點是M(x1,y1)、N(x2,y2),設(shè)直線MN的方程為yxb.將yxb代入拋物線方程,得x2(2b2p)xb20,則x1x22p2b,y1y2
21、(x1x2)2b2p,則MN的中點P的坐標(biāo)為(pb,p)因為點P在直線xy1上,所以2pb1,即b2p1.又(2b2p)24b24p28bp0,將b2p1代入得4p28p(2p1)0,即3p22p0,解得0p.2. 已知拋物線y22px(p0)及定點A(a,b),B(a,0),ab0,b22pa,M是拋物線上的點設(shè)直線AM、BM與拋物線的另一個交點分別為M1、M2,當(dāng)M變動時,直線M1M2恒過一個定點,此定點坐標(biāo)為_答案:解析:設(shè)M,M1,M2,由點A、M、M1共線可知,得y1,同理由點B、M、M2共線得y2.設(shè)(x,y)是直線M1M2上的點,則,即y1y2y(y1y2)2px,又y1,y2,
22、則(2pxby)y2pb·(ax)y02pa·(by2pa)0.當(dāng)xa,y時上式恒成立,即定點為.3. 在平面直角坐標(biāo)系xOy中,拋物線C的頂點在原點,焦點F的坐標(biāo)為(1,0)(1) 求拋物線C的標(biāo)準(zhǔn)方程;(2) 設(shè)M、N是拋物線C的準(zhǔn)線上的兩個動點,且它們的縱坐標(biāo)之積為4,直線MO、NO與拋物線的交點分別為點A、B,求證:動直線AB恒過一個定點解:(1) 設(shè)拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程為y22px(p>0),則1,p2,所以拋物線方程為y24x.(2) 拋物線C的準(zhǔn)線方程為x1,設(shè)M(1,y1),N(1,y2),其中y1y24,直線MO的方程:yy1x,將yy1x與y24x聯(lián)立
23、解得A點坐標(biāo).同理可得B點坐標(biāo),則直線AB的方程為:,整理得(y1y2)y4x40,故直線AB恒過定點(1,0)4. 已知橢圓E:y21(a1)的上頂點為M(0,1),兩條過M的動弦MA、MB滿足MAMB.(1) 當(dāng)坐標(biāo)原點到橢圓E的準(zhǔn)線距離最短時,求橢圓E的方程;(2) 若RtMAB面積的最大值為,求a;(3) 對于給定的實數(shù)a(a1),動直線AB是否經(jīng)過一定點?如果經(jīng)過,求出定點坐標(biāo)(用a表示);反之,說明理由解:(1) 由題,a2c21,dc2,當(dāng)c1時取等號,此時a2112,故橢圓E的方程為y21.(2) 不妨設(shè)直線MA的斜率k>0,直線MA方程為ykx1,由代入整理得(a2k2
24、1)x22a2kx0,解得xA,故A,由MAMB知直線MB的斜率為,可得B(,),則MA·,MB.則SMABMA·MB(1k2).令kt(t2),則SMAB.當(dāng)t時取“”, t2,得a>1.而(SMAB)max,故a3或a(舍)綜上a3.(3) 由對稱性,若存在定點,則必在y軸上當(dāng)k1時,A,直線AB過定點Q.下面證明A、Q、B三點共線: kAQ,kBQ.由kAQkBQ知A、Q、B三點共線,即直線AB過定點Q.5. 設(shè)A1、A2與B分別是橢圓E:1(ab0)的左、右頂點與上頂點,直線A2B與圓C:x2y21相切(1) 求證:1;(2) P是橢圓E上異于A1、A2的一點
25、,若直線PA1、PA2的斜率之積為,求橢圓E的方程;(3) 直線l與橢圓E交于M、N兩點,且·0,試判斷直線l與圓C的位置關(guān)系,并說明理由(1) 證明:已知橢圓E:1(a>b>0),A1、A2與B分別為橢圓E的左、右頂點與上頂點,所以A1(a,0),A2(a,0),B(0,b),直線A2B的方程是1.因為A2B與圓C:x2y21相切,所以1,即1.(2) 解:設(shè)P(x0,y0),則直線PA1、PA2的斜率之積為kPA1·kPA2·,1,而1,所以b2a2.結(jié)合1,得a24,b2.所以橢圓E的方程為1.(3) 解:設(shè)點M(x1,y1),N(x2,y2)若
26、直線l的斜率存在,設(shè)直線l為ykxm,由ykxm代入1,得1.化簡得(b2a2k2)x22a2kmxa2m2a2b20(>0) x1x2,y1y2(kx1m)(kx2m)k2x1x2km(x1x2)m2kmm2.因為·0,所以x1x2y1y20.代入得(a2b2)m2a2b2(1k2)0.結(jié)合(1)的1,得m21k2.圓心到直線l的距離為d1,所以直線l與圓C相切若直線l的斜率不存在,設(shè)直線l為xn.代入1,得y±b. |n|b·, a2n2b2(a2n2)解得n±1,所以直線l與圓C相切6. 已知曲線C上動點P(x,y)到定點F1(,0)與定直線
27、l1x的距離之比為常數(shù).(1) 求曲線C的軌跡方程;(2) 以曲線C的左頂點T為圓心作圓T:(x2)2y2r2(r>0),設(shè)圓T與曲線C交于點M與點N,求·的最小值,并求此時圓T的方程解:(1) 過點P作直線的垂線,垂足為D.,所以該曲線的方程為y21.(2) 點M與點N關(guān)于x軸對稱,設(shè)M(x1,y1),N(x1,y1),不妨設(shè)y1>0.由于點M在橢圓C上,所以y1.由已知T(2,0),則(x12,y1),(x12,y1),·(x12,y1)·(x12,y1)(x12)2y(x12)2x4x13·.由于2<x1<2,故當(dāng)x1時,&
28、#183;取得最小值為.計算得,y1,故M.又點M在圓T上,代入圓的方程得到r2.故圓T的方程為(x2)2y2.1. 已知拋物線x24y的焦點為F,過焦點F且不平行于x軸的動直線交拋物線于A、B兩點,拋物線在A、B兩點處的切線交于點M.(1) 求證:A、M、B三點的橫坐標(biāo)成等差數(shù)列;(2) 設(shè)直線MF交該拋物線于C、D兩點,求四邊形ACBD面積的最小值(1) 證明:由已知,得F(0,1),顯然直線AB的斜率存在且不為0, 則可設(shè)直線AB的方程為ykx1(k0),A(x1,y1),B(x2,y2),由消去y,得x24kx40,顯然16k216>0. 所以x1x24k,x1x24,由x24y
29、,得yx2,所以yx, 所以,直線AM的斜率為kAMx1, 所以,直線AM的方程為yy1x1(xx1),又x4y1, 所以,直線AM的方程為x1x2(yy1),同理,直線BM的方程為x2x2(yy2),并據(jù)x1x2得點M的橫坐標(biāo)x,即A、M、B三點的橫坐標(biāo)成等差數(shù)列(2) 解:由易得y1,所以點M的坐標(biāo)為(2k,1)(k0). 所以kMF,則直線MF的方程為yx1,設(shè)C(x3,y3),D(x4,y4) 由消去y,得x2x40,顯然16>0, 所以x3x4,x3x44,又|AB|4(k21),|CD|4,因為kMF·kAB1,所以ABCD ,所以SACBD|AB|·|C
30、D|88·32, 當(dāng)且僅當(dāng)k±1時,四邊形ACBD面積取到最小值32.2. 已知橢圓C:1(a>b>0)的離心率e,一條準(zhǔn)線方程為x(1) 求橢圓C的方程;(2) 設(shè)G、H為橢圓C上的兩個動點,O為坐標(biāo)原點,且OGOH.當(dāng)直線OG的傾斜角為60°時,求GOH的面積;是否存在以原點O為圓心的定圓,使得該定圓始終與直線GH相切?若存在,請求出該定圓方程;若不存在,請說明理由解:( 1) 因為,a2b2c2, 解得a3,b,所以橢圓方程為1.(2) 由解得由得所以O(shè)G,OH,所以SGOH.假設(shè)存在滿足條件的定圓,設(shè)圓的半徑為R,則OG·OHR·GH,因為OG2OH2GH2,故,當(dāng)OG與OH的斜率均存在時,不妨設(shè)直線OG方程為ykx, 由得所以O(shè)G2,同理可得OH2,(將OG2中的k換成可得) ,R,當(dāng)OG與OH的斜率有一個不存在時,可得,故滿足條件的定圓方程為:x2y2.3. 已知橢圓C的方程為1(a>b>0),雙曲線1的兩條漸近線為l1、l2,過橢圓C的右焦點F作直線l,使ll1.又l與l2交于P點,設(shè)l與橢圓C的兩個交點由上至下依次為A、B(如圖)(1) 當(dāng)l1與l2夾角為60°,雙曲線的焦距為4時,求橢圓C的方程;(2) 當(dāng),求的最大值解:(1) 雙曲線的漸近線為y±x,兩漸近線夾
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