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- 2021-07-01 发布
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第七节 双曲线
[考纲传真] (教师用书独具)1.了解双曲线的实际背景,了解双曲线在刻画现实世界和解决实际问题中的作用.2.了解双曲线的定义、几何图形和标准方程,知道其简单的几何性质(范围、对称性、顶点、离心率、渐近线).3.理解数形结合思想.4.了解双曲线的简单应用.
(对应学生用书第144页)
[基础知识填充]
1.双曲线的定义
(1)平面内到两定点F1,F2的距离之差的绝对值等于常数(大于零且小于|F1F2|)的点的集合叫作双曲线.这两个定点F1,F2叫作双曲线的焦点,两焦点之间的距离叫作双曲线的焦距.
(2)集合P={M|||MF1|-|MF2||=2a},|F1F2|=2c,
其中a,c为常数且a>0,c>0.
①当2a<|F1F2|时,M点的轨迹是双曲线;
②当2a=|F1F2|时,M点的轨迹是两条射线;
③当2a>|F1F2|时,M点不存在.
2.双曲线的标准方程和几何性质
标准方程
-=1(a>0,b>0)
-=1(a>0,b>0)
图形
性
质
范围
x≥a或x≤-a,y∈R
y≤-a或y≥a,x∈R
对称性
对称轴:坐标轴,对称中心:原点
顶点
A1(-a,0),A2(a,0)
A1(0,-a),A2(0,a)
渐近线
y=±x
y=±x
离心率
e=,e∈(1,+∞)
实虚轴
线段A1A2叫作双曲线的实轴,它的长|A1A2|=2a;线段B1B2叫作双曲线的虚轴,它的长|B1B2|=2b;a叫作双曲线的实半轴长,b叫作双曲线的虚半轴长
a、b、c
的关系
c2=a2+b2(c>a>0,c>b>0)
[知识拓展]
1.三种常见双曲线方程的设法
(1)若已知双曲线过两点,焦点位置不能确定,可设方程为Ax2+By2=1(AB<0).
(2)当已知双曲线的渐近线方程bx±ay=0,求双曲线方程时,可设双曲线方程为b2x2-a2y2=λ(λ≠0).
(3)与双曲线-=1有相同的渐近线的双曲线方程可设为-=λ(λ≠0).
2.等轴双曲线
实轴和虚轴等长的双曲线叫作等轴双曲线,其渐近线方程为y=±x,离心率为e=.
[基本能力自测]
1.(思考辨析)判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)平面内到点F1(0,4),F2(0,-4)距离之差的绝对值等于8的点的轨迹是双曲线.( )
(2)方程-=1(mn>0)表示焦点在x轴上的双曲线.( )
(3)双曲线-=λ(m>0,n>0,λ≠0)的渐近线方程是-=0,即±=0.( )
(4)等轴双曲线的渐近线互相垂直,离心率等于.( )
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)√
2.(教材改编)已知双曲线-=1(a>0)的离心率为2,则a=( )
A.2 B. C. D.1
D [依题意,e===2,所以=2a,则a2=1,a=1.]
3.若双曲线E:-=1的左、右焦点分别为F1,F2,点P在双曲线E上,且|PF1|=3,则|PF2|等于( )
A.11 B.9 C.5 D.3
B [由题意知a=3,b=4,∴c=5.由双曲线的定义||PF1|-|PF2||=|3-|PF2||=2a=6,∴|PF2|=9.]
4.已知双曲线-=1(a>0,b>0)的焦距为2,且双曲线的一条渐近线与直线2x+y=0垂直,则双曲线的方程为( )
A.-y2=1 B.x2-=1
C.-=1 D.-=1
A [由题意可得解得a=2,则b=1,所以双曲线的方程为-y2=1,故选A.]
5.(2017·全国卷Ⅲ)双曲线-=1(a>0)的一条渐近线方程为y=x,则a=________.
5 [∵双曲线的标准方程为-=1(a>0),
∴双曲线的渐近线方程为y=±x.
又双曲线的一条渐近线方程为y=x,∴a=5.]
(对应学生用书第145页)
双曲线的定义及应用
(1)已知双曲线x2-=1的两个焦点为F1,F2,P为双曲线右支上一点.若|PF1|=|PF2|,则△F1PF2的面积为( )
A.48 B.24
C.12 D.6
(2)(2017·湖北武汉调研)若双曲线-=1的左焦点为F,点P是双曲线右支上的动点,A(1,4),则|PF|+|PA|的最小值是( )
A.8 B.9
C.10 D.12
(1)B (2)B [(1)由双曲线的定义可得
|PF1|-|PF2|=|PF2|=2a=2,
解得|PF2|=6,故|PF1|=8,又|F1F2|=10,
由勾股定理可知三角形PF1F2为直角三角形,
因此S=|PF1|·|PF2|=24.
(2)由题意知,双曲线-=1的左焦点F的坐标为(-4,0),设双曲线的右焦点为B,则B(4,0),由双曲线的定义知|PF|+|PA|=4+|PB|+|PA|≥4+|AB|=4+=4+5=9,当且仅当A,P,B三点共线且P在A,B之间时取等号.
所以|PF|+|PA|的最小值为9.]
[规律方法] 1.应用双曲线的定义需注意的问题
在双曲线的定义中,要注意双曲线上的点(动点)具备的几何条件,即“到两定点(焦点)的距离之差的绝对值为一常数,且该常数必须小于两定点间的距离”.若定义中的“绝对值”去掉,点的轨迹是双曲线的一支.同时需注意定义的转化应用.
2.在焦点三角形中,注意定义、余弦定理的活用,常将||PF1|-|PF2||=2a
平方,建立与|PF1|·|PF2|间的联系.
[跟踪训练] 已知双曲线C的离心率为2,焦点为F1,F2,点A在C上.若|F1A|=2|F2A|,则cos∠AF2F1=( )
【导学号:79140294】
A. B.
C. D.
A [由e==2得c=2a,如图,由双曲线的定义得|F1A|-|F2A|=2a.
又|F1A|=2|F2A|,故|F1A|=4a,
|F2A|=2a,∴cos∠AF2F1==.]
双曲线的标准方程
(1)(2017·全国卷Ⅲ)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线方程为y=x,且与椭圆+=1有公共焦点,则C的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
(2)(2018·湖北调考)已知点A(-1,0),B(1,0)为双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右顶点,点M在双曲线上,△ABM为等腰三角形,且顶角为120°,则该双曲线的标准方程为( )
A.x2-=1 B.x2-=1
C.x2-=1 D.x2-y2=1
(1)B (2)D [(1)由y=x可得=. ①
由椭圆+=1的焦点为(3,0),(-3,0),
可得a2+b2=9. ②
由①②可得a2=4,b2=5.
所以C的方程为-=1.
故选B.
(2)由题意知a=1.不妨设点M在第一象限,则由题意有|AB|=|BM|=2,∠ABM=120°.过点M作MN⊥x轴于点N,则|BN|=1,|MN|=,所以M(2,),代入双曲线方程得4-=1,解得b=1,所以双曲线的方程为x2-y2=1,故选D.]
[规律方法] 求双曲线标准方程的主要方法
(1)定义法:由条件判定动点的轨迹是双曲线,求出a2,b2,得双曲线方程.
(2)待定系数法:即“先定位,后定量”,如果不能确定焦点的位置,应注意分类讨论或恰当设置简化讨论.
[跟踪训练] (1)已知双曲线C:-=1的离心率e=,且其右焦点为F2(5,0),则双曲线C的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
(2)设椭圆C1的离心率为,焦点在x轴上且长轴长为26,若曲线C2上的点到椭圆C1的两个焦点的距离的差的绝对值等于8,则曲线C2的标准方程为__________.
(1)C (2)-=1 [由焦点F2(5,0)知c=5.
又e==,得a=4,b2=c2-a2=9.
所以双曲线C的标准方程为-=1.
(2)由题意知椭圆C1的焦点坐标为F1(-5,0),F2(5,0),设曲线C2上的一点P,则||PF1|-|PF2||=8.
由双曲线的定义知:a=4,b=3.
故曲线C2的标准方程为-=1,即-=1.]
双曲线的几何性质
◎角度1 双曲线的离心率问题
(2018·长沙模拟(二))已知双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线与圆(x-2)2+y2=相切,则该双曲线的离心率为( )
A. B.
C. D.3
A [由双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线y=x,即bx-ay=0与圆相切得==,即c=b,则c2=3b2=3(c2-a2),化简得c=a,则该双曲线的离心率为e===,故选A.]
◎角度2 双曲线的渐近线问题
(2018·合肥二检)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的离心率为,则该双曲线的渐近线方程为________.
y=±x [因为e==,所以c2=a2+b2=3a2,故b=a,则此双曲线的渐近线方程为y=±x=±x.]
◎角度3 双曲线性质的综合应用
(2017·全国卷Ⅰ)已知F是双曲线C:x2-=1的右焦点,P是C上一点,且PF与x轴垂直,点A的坐标是(1,3),则△APF的面积为( )
A. B.
C. D.
D [因为F是双曲线C:x2-=1的右焦点,所以F(2,0).
因为PF⊥x轴,所以可设P的坐标为(2,yP).
因为P是C上一点,所以4-=1,解得yP=±3,
所以P(2,±3),|PF|=3.
又因为A(1,3),所以点A到直线PF的距离为1,
所以S△APF=×|PF|×1=×3×1=.
故选D.]
[规律方法] 与双曲线几何性质有关问题的解题策略
(1)求双曲线的离心率(或范围).依据题设条件,将问题转化为关于a,c的等式(或不等式),解方程(或不等式)即可求得.
(2)求双曲线的渐近线方程.依据题设条件,求双曲线中a,b的值或a与b的比值,进而得出双曲线的渐近线方程.
[跟踪训练] (1)(2017·全国卷Ⅱ)若a>1,则双曲线-y2=1的离心率的取值范围是( )
A.(,+∞) B.(,2)
C.(1,) D.(1,2)
(2)(2016·全国卷Ⅰ)已知方程-
=1表示双曲线,且该双曲线两焦点间的距离为4,则n的取值范围是( )
A.(-1,3) B.(-1,)
C.(0,3) D.(0,)
(3)(2017·武汉调研)双曲线C:-=1(a>0,b>0)的离心率为,焦点到渐近线的距离为3,则C的实轴长等于________.
【导学号:79140295】
(1)C (2)A (3)8 [(1)由题意得双曲线的离心率e=.
∴e2==1+.
∵a>1,∴0<<1,∴1<1+<2,
∴1<e<.
故选C.
(2)若双曲线的焦点在x轴上,则
又∵(m2+n)+(3m2-n)=4,∴m2=1,∴
∴-13m2且n<-m2,此时n不存在.故选A.
(3)因为e==,所以c=a,设双曲线的一条渐近线方程为y=x,即ax-by
=0,焦点为(0,c),所以=b=3,所以a==,所以a2=16,即a=4,故2a=8.]