新高考数学一轮复习课件 第8章 §8.7 双曲线
展开1.了解双曲线的定义、几何图形和标准方程.2.掌握双曲线的几何性质(范围、对称性、顶点、离心率、渐近线).3.了解双曲线的简单应用.
LUOSHIZHUGANZHISHI
1.双曲线的定义把平面内与两个定点F1,F2的距离的差的 等于非零常数( |F1F2|)的点的轨迹叫做双曲线.两个定点F1,F2叫做双曲线的 ,两焦点间的距离叫做双曲线的 .
2.双曲线的标准方程和简单几何性质
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
A1(-a,0),A2(a,0)
A1(0,-a),A2(0,a)
(1)双曲线的焦点到其渐近线的距离为b.(2)若P是双曲线右支上一点,F1,F2分别为双曲线的左、右焦点,则|PF1|min=a+c,|PF2|min=c-a.(3)同支的焦点弦中最短的为通径(过焦点且垂直于实轴的弦),其长为 .
(4)若P是双曲线上不同于实轴两端点的任意一点,F1,F2分别为双曲线的左、右焦点,则 = ,其中θ为∠F1PF2.(5)与双曲线 (a>0,b>0)有共同渐近线的方程可表示为 (t≠0).
判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)(1)到两定点的距离差的绝对值等于常数的点的轨迹是双曲线.( )(2)方程 (mn>0)表示焦点在x轴上的双曲线.( )(3)双曲线 (m>0,n>0)的渐近线方程是 .( )(4)等轴双曲线的渐近线互相垂直,离心率等于 .( )
1.若双曲线 (a>0,b>0)的焦点到其渐近线的距离等于实轴长,则该双曲线的离心率为A. B.5C. D.2
由题意知焦点到其渐近线的距离等于实轴长,即b=2a,又a2+b2=c2,∴5a2=c2.
2.设P是双曲线 上一点,F1,F2分别是双曲线的左、右焦点,若|PF1|=9,则|PF2|等于A.1 B.17C.1或17 D.以上均不对
根据双曲线的定义得||PF1|-|PF2||=8⇒|PF2|等于1或17.又|PF2|≥c-a=2,故|PF2|=17.
3.(2022·汕头模拟)写一个焦点在y轴上且离心率为 的双曲线方程_____________________________________.
(答案不唯一,符合要求就可以)
因此,符合条件的双曲线方程为 (答案不唯一,符合要求就可以).
TANJIUHEXINTIXING
例1 (1)已知定点F1(-2,0),F2(2,0),N是圆O:x2+y2=1上任意一点,点F1关于点N的对称点为M,线段F1M的中垂线与直线F2M相交于点P,则点P的轨迹是A.椭圆 B.双曲线C.抛物线 D.圆
所以||PF2|-|PF1||=||PF2|-|PM||=|MF2|=2<|F1F2|,所以由双曲线的定义可得,点P的轨迹是以F1,F2为焦点的双曲线.
如图,连接ON,由题意可得|ON|=1,且N为MF1的中点,又O为F1F2的中点,所以|MF2|=2.因为点F1关于点N的对称点为M,线段F1M的中垂线与直线F2M相交于点P,由垂直平分线的性质可得|PM|=|PF1|,
(2)已知F1,F2为双曲线C:x2-y2=2的左、右焦点,点P在C上,∠F1PF2=60°,则△F1PF2的面积为______.
不妨设点P在双曲线的右支上,
在△F1PF2中,由余弦定理,得
∴|PF1|·|PF2|=8,
延伸探究 在本例(2)中,若将“∠F1PF2=60°”改为“ ”,则△F1PF2的面积为___.
不妨设点P在线的右支上,
∴在△F1PF2中,有|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2,即|PF1|2+|PF2|2=16,∴|PF1|·|PF2|=4,∴ = |PF1|·|PF2|=2.
1.已知圆C1:(x+3)2+y2=1,C2:(x-3)2+y2=9,动圆M同时与圆C1和圆C2相外切,则动圆圆心M的轨迹方程为
设圆M的半径为r,由动圆M同时与圆C1和圆C2相外切,得|MC1|=1+r,|MC2|=3+r,|MC2|-|MC1|=2<6,所以点M的轨迹是以点C1(-3,0)和C2(3,0)为焦点的双曲线的左支,且2a=2,a=1,又c=3,则b2=c2-a2=8,
设双曲线的另一个焦点为F′,则|PF|=|PF′|+4,△PAF的周长为|PF|+|PA|+|AF|=|PF′|+4+|PA|+3,当F′,P,A三点共线时,|PF′|+|PA|有最小值,为|AF′|=3,故△PAF的周长的最小值为10.
在“焦点三角形”中,常利用正弦定理、余弦定理,结合||PF1|-|PF2||=2a,运用平方的方法,建立与|PF1|·|PF2|的联系.
跟踪训练1 (1)(2022·扬州、盐城、南通联考)已知双曲线C的离心率为 ,F1,F2是C的两个焦点,P为C上一点,|PF1|=3|PF2|,若△PF1F2的面积为 ,则双曲线C的实轴长为A.1 B.2 C.3 D.6
由题意知,|PF1|-|PF2|=2a,所以|PF2|=a,|PF1|=3a,
所以a=1,实轴长2a=2.
(2)已知F是双曲线 的左焦点,A(1,4),P是双曲线右支上的动点,则|PF|+|PA|的最小值为___.
设双曲线的右焦点为F1,则由双曲线的定义,可知|PF|=4+|PF1|,所以当|PF1|+|PA|最小时满足|PF|+|PA|最小.由双曲线的图象,可知当点A,P,F1共线时,满足|PF1|+|PA|最小,|AF1|+4即|PF|+|PA|的最小值.又|AF1|=5,故所求的最小值为9.
(2)若双曲线经过点(3, ),且渐近线方程是 ,则双曲线的标准方程是___________.
1.过双曲线C: (a>b>0)的右顶点作x轴的垂线,与C的一条渐近线相交于点A.若以C的右焦点F为圆心、半径为4的圆经过A,O两点(O为坐标原点),则双曲线C的标准方程为
2.经过点 的双曲线的标准方程为___________.
设双曲线方程为mx2-ny2=1(mn>0).
求双曲线的标准方程的方法(1)定义法:由题目条件判断出动点轨迹是双曲线,确定2a,2b或2c,从而求出a2,b2.(2)待定系数法:“先定型,再定量”,如果焦点位置不好确定,可将双曲线方程设为 (λ≠0),再根据条件求λ的值.
跟踪训练2 (1)已知双曲线过点(2,3),渐近线方程为 ,则该双曲线的标准方程是
例3 (1)由伦敦著名建筑事务所Steyn Studi设计的南非双曲线大教堂惊艳世界,该建筑是数学与建筑完美结合造就的艺术品.若将如图所示的大教堂外形弧线的一段近似看成双曲线 (a>0,b>0)下支的一部分,且此双曲线的下焦点到渐近线的距离为2,离心率为2,则该双曲线的方程为
(2)设O为坐标原点,直线x=a与双曲线C: (a>0,b>0)的两条渐近线分别交于D,E两点,若△ODE的面积为8,则C的焦距的最小值为A.4 B.8 C.16 D.32
因为D,E分别为直线x=a与双曲线C的两条渐近线的交点,所以不妨设D(a,b),E(a,-b),
所以c2=a2+b2≥2ab=16(当且仅当a=b时等号成立),所以c≥4,所以2c≥8,所以C的焦距的最小值为8.
例4 (1)(2021·全国甲卷)已知F1,F2是双曲线C的两个焦点,P为C上一点,且∠F1PF2=60°,|PF1|=3|PF2|,则C的离心率为
设|PF2|=m,则|PF1|=3m,在△F1PF2中,
已知双曲线 (a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,点A在双曲线E的左支上,且∠F1AF2=120°,|AF2|=2|AF1|,则双曲线E的离心率为
点A在双曲线E的左支上,左、右焦点分别为F1,F2,设|AF1|=m,由|AF2|=2|AF1|知|AF2|=2m,由双曲线定义得|AF2|-|AF1|=2m-m=m=2a,在△AF1F2中,|AF1|=2a,|AF2|=4a,∠F1AF2=120°,由余弦定理知,|F1F2|2=|AF1|2+|AF2|2-2|AF1||AF2|cs 120°=4a2+16a2+8a2=28a2,
又|F1F2|=2c,
(2)(2022·滨州模拟)已知F1,F2分别是双曲线 (a>0,b>0)的左、右焦点,点P是双曲线C上在第一象限内的一点,若sin∠PF2F1=3sin∠PF1F2,则双曲线C的离心率的取值范围为A.(1,2) B.(1,3)C.(3,+∞) D.(2,3)
在△PF1F2中,sin∠PF2F1=3sin∠PF1F2,由正弦定理得,|PF1|=3|PF2|,又点P是双曲线C上在第一象限内的一点,所以|PF1|-|PF2|=2a,所以|PF1|=3a,|PF2|=a,在△PF1F2中,由|PF1|+|PF2|>|F1F2|,得3a+a>2c,即2a>c,
又e>1,所以1
如图所示,由圆的对称性及条件|PQ|=|OF|可知,PQ是以OF为直径的圆的直径,且PQ⊥OF.设垂足为M,连接OP,
由|OM|2+|MP|2=|OP|2,
求双曲线的离心率时,将提供的双曲线的几何关系转化为关于双曲线基本量a,b,c的方程或不等式,利用c2=a2+b2和e= 转化为关于e的方程(或不等式),通过解方程(或不等式)求得离心率的值(或范围).
跟踪训练3 (1)(多选)已知双曲线 (a>0,b>0)的离心率e=2,C上的点到其焦点的最短距离为1,则A.双曲线C的焦点坐标为(0,±2)B.双曲线C的渐近线方程为y=± xC.点(2,3)在双曲线C上D.直线mx-y-m=0(m∈R)与双曲线C恒有两个交点
KESHIJINGLIAN
1.双曲线9x2-16y2=1的焦点坐标为
2.已知双曲线 (m>0)的虚轴长是实轴长的2倍,则双曲线的标准方程为
3.若双曲线 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
方法一 依题意知,点P在双曲线的左支上,根据双曲线的定义,得|PF2|-|PF1|=2×3=6,所以|PF2|=6+3=9.方法二 根据双曲线的定义,得||PF2|-|PF1||=2×3=6,所以||PF2|-3|=6,所以|PF2|=9或|PF2|=-3(舍去).
A.双曲线C的实轴长为8B.双曲线C的渐近线方程为y=C.双曲线C的焦点到渐近线的距离为3D.双曲线C上的点到焦点距离的最小值为
因为a2=16,所以a=4,2a=8,故A正确;因为a=4,b=3,所以双曲线C的渐近线方程为
双曲线C上的点到焦点距离的最小值为c-a=1,故D错误.
6.(多选)(2022·潍坊模拟)已知双曲线C: =1(a>0)的左、右焦点分别为F1,F2,一条渐近线方程为y= x,P为C上一点,则以下说法正确的是A.C的实轴长为8B.C的离心率为C.|PF1|-|PF2|=8D.C的焦距为10
∴双曲线实轴长为2a=8,
由于P可能在C不同分支上,
则有||PF1|-|PF2||=8,
∴A,D正确,B,C错误.
7.(2021·新高考全国Ⅱ)已知双曲线C: =1(a>0,b>0)的离心率e=2,则该双曲线C的渐近线方程为__________.
8.设双曲线 的右顶点为A,右焦点为F.过点F且平行于双曲线的一条渐近线的直线与双曲线交于点B,则△AFB的面积为____.
因为a2=9,b2=16,所以c=5.所以A(3,0),F(5,0),
不妨设M在双曲线的右支上,M点到x轴的距离为h,
∴MF1⊥MF2.设|MF1|=m,|MF2|=n,由双曲线的定义知m-n=2a=8.在Rt△F1MF2中,由勾股定理得m2+n2=(2c)2=80,由①②得m·n=8.
解得λ=4或λ=-14(舍去),
(1)求双曲线C的标准方程;
a2+b2=c2,由①②③可得a2=5,b2=4,
(2)直线l:y=kx+m(k≠0,m≠0)与双曲线C交于不同的两点P,Q,若|AP|=|AQ|,求实数m的取值范围.
由题意知直线l不过点A.设P(x1,y1),Q(x2,y2),线段PQ的中点为D(x0,y0),连接AD(图略).
整理得(4-5k2)x2-10kmx-5m2-20=0,
由|AP|=|AQ|知,AD⊥PQ,又A(0,2),
化简得10k2=8-9m,
11.(多选)双曲线C: =1的右焦点为F,点P在双曲线C的一条渐近线上,O为坐标原点,则下列说法正确的是
D.|PF|的最小值为2
故C正确;|PF|的最小值即为点F到渐近线的距离,
12.(2022·湖南师大附中模拟)已知双曲线C: =1(b>0),以C的焦点为圆心,3为半径的圆与C的渐近线相交,则双曲线C的离心率的取值范围是
又该圆的圆心为(c,0),
又b2=c2-a2=c2-4,则(c2-4)c2<9c2,
13.已知双曲线 =1(a>0,b>0)的一条渐近线方程为x-2y=0,双曲线的左焦点在直线x+y+ =0上,A,B分别是双曲线的左、右顶点,点P为双曲线右支上位于第一象限的动点,直线PA,PB的斜率分别为k1,k2,则k1+k2的取值范围为A.(1,+∞) B.( ,+∞) C.(2,+∞) D.[2,+∞)
则由a2+b2=c2,得a=2,b=1,
由题意可得A(-2,0),B(2,0),设P(m,n)(m>2,n>0),
由A,B分l别为双曲线的左、右顶点,可得k1≠k2,则k1+k2>1.
14.已知双曲线C: =1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,O为原点,若以F1F2为直径的圆与C的渐近线的一个交点为P,且|F1P|= |OP|,则C的渐近线方程为________.
根据双曲线C: =1(a>0,b>0)的左、右焦点为F1,F2,O为原点,以F1F2为直径的圆与C的渐近线的一个交点为P,如图所示,
所以在△POF1中,由余弦定理可得
A.双曲线C的一条渐近线方程为3x-2y=0
D.△OMN的面积为6
16.双曲线C: =1(a>0,b>0)的左顶点为A,右焦点为F,动点B在C上.当BF⊥AF时,|AF|=|BF|.(1)求C的离心率;
设双曲线的半焦距为c,
所以c-a=a,即c=2a,所以e=2.
(2)若B在第一象限,证明:∠BFA=2∠BAF.
设B(x0,y0),其中x0>a,y0>0.
此时∠BFA=2∠BAF.
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