如图,$F_1(-c, 0),F_2(c, 0)$ 为双曲线 $C_1:~ \dfrac{x^2}{a^2}-\dfrac{y^2}{b^2}=1$($a>0$,$ b>0$)的左、右焦点,抛物线 $C_2$ 的顶点为坐标原点,焦点为 $F_2$,设 $C_1$ 与 $C_2$ 在第一象限的交点为 $P(m, n)$,且 $\left|P F_1\right|=7$,$\left|P F_2\right|=5$,$\angle P F_2 F_1$ 为钝角.
1、求双曲线 $C_1$ 与抛物线 $C_2$ 的方程.
2、过 $F_2$ 作不垂直于 $x$ 轴的直线 $l$,依次交 $C_1$ 的右支、$C_2$ 于 $A,B,C,D$ 四点,设 $M$ 为 $A D$ 中点,$N$ 为 $B C$ 中点,试探究 $\dfrac{|A D| \cdot\left|N F_2\right|}{|B C| \cdot\left|M F_2\right|}$ 是否为定值.若是,求此定值;若不是,请说明理由.
解析
1、设抛物线的方程为 $y^2=4cx$,则\[|PF_2|=m+c\implies m+c=5,\]从而 $P\left(5-c,\sqrt{4c(5-c)}\right)$,又\[|PF_1|-|PF_2|=2a\implies a=1,\]从而\[\dfrac{(5-c)^2}{1^2}-\dfrac{4c(5-c)}{c^2-1}=1\implies c=2,\]进而可得双曲线方程为 $x^2-\dfrac{y^2}3=1$,抛物线方程为 $y^2=8x$.
2、设直线 $l:~x=ny+2$,点 $A,D,B,C$ 的纵坐标分别为 $y_1,y_2,y_3,y_4$,分别联立直线 $l$ 与双曲线 $C_1$ 以及抛物线 $C_2$ 的方程,有\[\begin{cases} x=ny+2,\\ x^2-\dfrac{y^2}3=1,\end{cases}\implies (3n^2-1)y^2+12ny+9=0,\]而\[\begin{cases} x=ny+2,\\ y^2=8x,\end{cases}\implies y^2-8ny-16=0,\]因此\[\begin{split} \dfrac{|AD|\cdot |NF_2|}{|BC|\cdot |MF_2|}&=\dfrac{|y_1-y_2|}{|y_3-y_4|}\cdot \dfrac{|y_3+y_4|}{|y_1+y_2|}\\ &=\dfrac{|y_1-y_2|}{|y_1+y_2|}\cdot \dfrac{|y_3-y_4|}{|y_3+y_4|}\\ &=\dfrac{\sqrt{(12n)^2-4\cdot 9\cdot (3n^2-1)}}{|12n|}\cdot \dfrac{\sqrt{(-8n)^2-4\cdot (-16)\cdot 1}}{|-8n|}\\ &=\dfrac 12,\end{split}\]为定值.