高中数学北师大版 (2019)选择性必修 第一册2.1 双曲线及其标准方程说课课件ppt
展开1.了解双曲线的定义、几何图形和标准方程的推导过程.
2.掌握双曲线的标准方程及其求法.
3.会利用双曲线解决一些简单的实际问题.
同学们,有没有听过《悲伤的双曲线》这首歌,这首歌是王渊超于1995年读高中时创作的.创作灵感来源于一堂解析几何课,当时老师正在论证讲解“双曲线与渐近线只能无限接近不能相交”,而正是这点给王渊超带来了创作动机,并在笔记本上把歌词一挥而就.课后,他在家中,拨动着吉他,旋律顺着六弦琴的和弦转换畅然而出,《悲伤的双曲线》就此诞生.
然而,我们生活中遇到的双曲线(如图)却是快乐的,今天我们很高兴的认识这个朋友——双曲线.
问题1 椭圆的定义是什么?椭圆的标准方程是什么?
问题2 把椭圆定义中的“距离之和”改为“距离之差”,那么点的轨迹会怎么样?
提示 准备实验(可以找三名同学在教师指导下操作),适当选取两定点F1,F2,将拉锁拉开一段,其中一边的端点固定在F1处,在另一边上截取一段(小于|F1F2|),作为动点P到两定点F1和F2距离之差,而后把它固定在F2处,这时将铅笔(粉笔)置于P处,于是随着拉链逐渐打开,铅笔就画出一条曲线,同理可画出另一支.(如图)显然所画的曲线不是椭圆,而是两条相同的曲线,只是位置不同,其原因都是应用了“到两定点的距离之差|PF1|-|PF2|或|PF2|-|PF1|是同一个常数”这个条件.
问题3 在上述过程中,我们在其中的一段拉链上截取一段小于|F1F2|,如果截取的长度等于|F1F2|,其轨迹还是上述图形吗?
提示 不是,是以F1,F2为端点的两条射线.
平面内到两个定点F1,F2的距离之 等于常数(大于零且小于|F1F2|)的点的集合(或轨迹)叫作 .这两个定点F1,F2叫作双曲线的_____,两个焦点间的距离|F1F2|叫作双曲线的 .
(1)常数要小于两个定点的距离.(2)如果没有绝对值,点的轨迹表示双曲线的一支.(3)当2a=|F1F2|时,动点的轨迹是以F1,F2为端点的两条方向相反的射线(包括端点).(4)当2a>|F1F2|时,动点的轨迹不存在.(5)当2a=0时,动点轨迹为线段F1F2的垂直平分线.
已知A(0,-5),B(0,5),|PA|-|PB|=2a,当a=3或5时,P点的轨迹为A.双曲线或一条直线B.双曲线或两条直线C.双曲线一支或一条直线D.双曲线一支或一条射线
当a=3时,2a=6,此时|AB|=10,∴点P的轨迹为双曲线的一支(靠近点B).当a=5时,2a=10,此时|AB|=10,∴点P的轨迹为射线,且是以B为端点的一条射线.
判断点的轨迹是否为双曲线时,要根据双曲线的定义成立的充要条件.
在平面直角坐标系中,F1(-2,0),F2(2,0),||PF1|-|PF2||=a(a∈R),若点P的轨迹为双曲线,则a的取值范围是A.(0,4) B.(0,4]C.(4,+∞) D.(0,4)∪(4,+∞)
由题意知||PF1|-|PF2||=a,又点P的轨迹为双曲线,则根据双曲线的定义,可得||PF1|-|PF2||<|F1F2|=4,所以0问题4 类比求椭圆标准方程的过程.如何建立适当的坐标系,求出双曲线的标准方程?
提示 观察我们画出的双曲线,发现它也具有对称性,而且直线F1F2是它的一条对称轴,所以以F1,F2所在直线为x轴,线段F1F2的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系,此时双曲线的焦点分别为F1(-c,0),F2(c,0),焦距为2c,c>0.设P(x,y)是双曲线上一点,则||PF1|-|PF2||=2a(a为大于0的常数),
类比椭圆标准方程的化简过程,化简①,得(c2-a2)x2-a2y2=a2(c2-a2),
由双曲线的定义知,2c>2a,即c>a,所以c2-a2>0,类比椭圆标准方程的建立过程,
问题5 设双曲线的焦点为F1和F2,焦距为2c,而且双曲线上的动点P满足||PF1|-|PF2||=2a,其中c>a>0,以F1,F2所在直线为y轴,线段F1F2的垂直平分线为x轴,建立平面直角坐标系,如图所示,此时,双曲线的标准方程是什么?
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
(1)若x2项的系数为正,则焦点在x轴上;若y2项的系数为正,则焦点在y轴上.(2)a与b没有大小关系.(3)a,b,c的关系满足c2=a2+b2.
求过点 且焦点在坐标轴上的双曲线的标准方程.
设双曲线的方程为Ax2+By2=1,AB<0.因为点P,Q在双曲线上,
求双曲线的标准方程(1)用待定系数法求双曲线的标准方程时,若焦点位置不确定,可按焦点在x轴和y轴上两种情况讨论求解.(2)当mn<0时,方程mx2+ny2=1表示双曲线.设此种形式求双曲线方程可避免讨论焦点位置.
焦点在x轴上,且经过点P(4,-2)和点 的双曲线的标准方程为___________.
解得a2=8,b2=4,
神舟“十二号飞船”返回舱顺利到达地球后,为了及时将航天员安全救出,地面指挥中心在返回舱预计到达区域安排了三个救援中心(记A,B,C),A在B的正东方向,相距6千米,C在B的北偏西30°方向,相距4千米,P为航天员着陆点.某一时刻,A接收到P的求救信号,由于B,C两地比A距P远,在此4秒后,B,C两个救援中心才同时接收到这一信号.已知该信号的传播速度为1千米/秒,求在A处发现P的方位角.
设A,B,C分别表示三个救援中心,P表示航天员着陆点,如图所示,以直线AB为x 轴,线段AB的垂直平分线为y 轴建立平面直角坐标系,
∵|PB|=|PC|,∴点P在线段BC的垂直平分线上,
又|PB|-|PA|=4<6=|AB|,
∴点P在以A,B为焦点的双曲线的右支上,且a=2,c=3,
利用双曲线解决实际问题的基本步骤(1)建立适当的坐标系.(2)求出双曲线的标准方程.(3)根据双曲线的方程及定义解决实际应用问题(注意实际意义).
如图,B地在A地的正东方向4 km处,C地在B地的北偏东30°方向2 km处,河流的沿岸PQ(曲线)上任意一点D到A的距离比到B的距离远2 km,则曲线PQ的轨迹方程是_______________;现要在曲线PQ上选一处M建一座码头,向B,C两地转运货物,那么这两条公路MB,MC的路程之和最短是________km.
如图所示,以AB所在的直线为x轴,AB的垂直平分线为y轴建立平面直角坐标系.则|DA|-|DB|=2,根据双曲线定义知,轨迹为双曲线的右支.故2c=4,c=2,2a=2,a=1,b2=c2-a2=4-1=3,
当A,M,C三点共线时等号成立.
1.知识清单: (1)双曲线定义. (2)双曲线方程的求法. (3)双曲线在实际生活中的应用.2.方法归纳:转化法.3.常见误区:双曲线在实际生活中的应用中,建模容易出错.
1.相距4k千米的A,B两地,听到炮弹爆炸的时间相差2秒,若声速每秒k千米,则炮弹爆炸点P的轨迹可能是A.双曲线的一支 B.双曲线C.椭圆 D. 圆
由已知可得||PA|-|PB||=2k<4k=|AB|,根据双曲线的定义可知,点P在以A,B为焦点的双曲线上,则炮弹爆炸点P的轨迹可能是双曲线.
∵已知方程表示双曲线,∴(2+m)(2-m)>0.∴-2<m<2.
3.双曲线 =1上的点P到一个焦点的距离为11,则它到另一个焦点的距离为A.1或21 B.14或36C.2 D.21
设双曲线的左、右焦点分别为F1,F2,不妨设|PF1|=11,根据双曲线的定义知||PF1|-|PF2||=2a=10,∴|PF2|=1或|PF2|=21,而1
1.双曲线C的两焦点分别为(-6,0),(6,0),且经过点(-5,2),则双曲线的标准方程为
所以b2=c2-a2=36-20=16.
2.已知定点F1(-2,0),F2(2,0),在平面内满足下列条件的动点P的轨迹中为双曲线的是A.|PF1|-|PF2|=±3B.|PF1|-|PF2|=±4C.|PF1|-|PF2|=±5D.|PF1|2-|PF2|2=±4
当|PF1|-|PF2|=±3时,||PF1|-|PF2||=3<|F1F2|=4,满足双曲线的定义,所以P点的轨迹是双曲线.
4.(多选)双曲线 =1上的点到一个焦点的距离为12,则到另一个焦点的距离为A.17 B.7 C.22 D.2
∴点P可能在左支,也可能在右支,由||PF1|-|PF2||=2a=10,得|12-|PF2||=10,∴|PF2|为22或2.∴点P到另一个焦点的距离是22或2.
5.已知双曲线 =1(a>0,b>0),F1,F2为其两个焦点,若过焦点F1的直线与双曲线的同一支相交,且所得弦长|AB|=m,则△ABF2的周长为A.4a B.4a-mC.4a+2m D.4a-2m
不妨设|AF2|>|AF1|,由双曲线的定义,知|AF2|-|AF1|=2a,|BF2|-|BF1|=2a,所以|AF2|+|BF2|=(|AF1|+|BF1|)+4a=m+4a,于是△ABF2的周长l=|AF2|+|BF2|+|AB|=4a+2m.
6.已知双曲线 =1上一点P到左焦点F1的距离为10,则PF1的中点N到坐标原点O的距离为A.3或7 B.6或14C.3 D.7
设F2是双曲线的右焦点,连接ON(图略),ON是△PF1F2的中位线,
∵||PF1|-|PF2||=4,|PF1|=10,∴|PF2|=14或6,
7.焦点在x轴上的双曲线经过点P( ,-3),且Q(0,5)与两焦点的连线互相垂直,则此双曲线的标准方程为____________.
又∵c2=a2+b2=25,
设焦点为F1(-c,0),F2(c,0)(c>0),则由QF1⊥QF2,得 =-1,
∴a2=16,b2=9.
∴x2+y2-10=0,即x2+y2=10.
9.在周长为48的Rt△MPN中,∠MPN=90°,tan∠PMN= ,求以M,N为焦点,且过点P的双曲线方程.
所以设|PN|=3k,|PM|=4k,则|MN|=5k.由3k+4k+5k=48,得k=4.所以|PN|=12,|PM|=16,|MN|=20.以MN所在直线为x轴,以MN的中点为原点建立平面直角坐标系,如图所示.
由|PM|-|PN|=4,得2a=4,a=2,a2=4.由|MN|=20,得2c=20,c=10,c2=100,所以b2=c2-a2=100-4=96,
10.如图,若F1,F2是双曲线 =1的两个焦点.
(1)若双曲线上一点M到它的一个焦点的距离等于16,求点M到另一个焦点的距离;
则a=3,b=4,c=5,设点M到另一个焦点的距离为m,由双曲线定义可知|m-16|=2a=6,解得m=10或m=22,即点M到另一个焦点的距离为10或22.
(2)若P是双曲线左支上的点,且|PF1|·|PF2|=32,试求△F1PF2的面积.
因为P是双曲线左支上的点,|PF2|-|PF1|=2a=6,则|PF2|2-2|PF1|·|PF2|+|PF1|2=36,代入|PF1|·|PF2|=32,可得|PF1|2+|PF2|2=36+2×32=100,即|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2=100,所以△F1PF2为直角三角形,
A.10厘米 B.20厘米C.30厘米 D.40厘米
因为双曲线焦点在x轴上,由双曲线的性质可知:该颈部中最细处直径为实轴长,所以2a=16,可得a=8,
因为瓶口直径为20厘米,根据对称性可知颈部最右点横坐标为10,
解得y=±10,所以颈部高为20厘米.
12.双曲线x2-y2=1的左、右焦点分别为F1,F2,双曲线上的点P满足∠F1PF2=60°,则|PF1|·|PF2|等于A.1 B.4 C.7 D.9
设P在右支上,则|PF1|-|PF2|=2a=2,∵∠F1PF2=60°,在△PF1F2中,由余弦定理可得|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cs 60°=(|PF1|-|PF2|)2+2|PF1||PF2|-|PF1|·|PF2|,即4c2=4a2+|PF1|·|PF2|,即|PF1|·|PF2∣=4c2-4a2=4b2=4.
13.动圆与圆x2+y2=1和x2+y2-8x+12=0都外切,则动圆圆心的轨迹是A.双曲线的一支 B.圆C.椭圆 D.双曲线
设动圆的圆心为M,半径为r,圆x2+y2=1与x2+y2-8x+12=0的圆心分别为O1和O2,半径分别为1和2,由两圆外切的充要条件,得|MO1|=r+1,|MO2|=r+2.∴|MO2|-|MO1|=1,又|O1O2|=4,∴动点M的轨迹是双曲线的一支(靠近O1).
所以|yP|=4,所以选项A错误;
则∠PF2F1为钝角,所以△PF1F2为钝角三角形,所以选项C正确;
设△PF1F2的内切圆的半径为R,由双曲线的标准方程可知a=4,b=3,c=5.因为 +8,
16.△ABC的一边的两个顶点B(-a,0),C(a,0)(a>0),另两边的斜率之积等于m(m≠0).求顶点A的轨迹方程,并且根据m的取值情况讨论轨迹的图形.
设顶点A的坐标为(x,y),
当m>0时,轨迹是中心在原点,焦点在x轴上的双曲线(除去与x轴的两个交点);
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