3.2 双曲线-(选择性必修第一册) (教师版).docx
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1、双曲线1 定义 平面内与两个定点 F1 ,F2 的距离之差的绝对值等于常数(小于F1F2)的点的轨迹称为双曲线这两个定点称为双曲线的焦点,两焦点的距离称为双曲线的焦距如图,P是双曲线上一点,|PF1PF2|=2aF1F2.PS 当PF1PF2=2aF1F2时,轨迹仅表示双曲线的右支;当PF2PF1=2aF1F2时,轨迹不存在. 2 几何性质 焦点的位置焦点在x轴上焦点在y轴上图象标准方程x2a2y2b2=1(a0,b0)y2a2x2b2=1(a0,b0)范围xa或xa,yRya或ya,xR顶点A1a,0、A2a,0A10,a、A20,a轴长虚轴长2b,实轴长2a焦点F1c,0、F2(c,0)F
2、10,c、F2(0,c)焦距F1F2=2ca、b、c的关系c2=b2+a2离心率e=ca=1+b2a2 (e1)渐近线y=baxy=abx实轴和虚轴等长的双曲线称为等轴双曲线3 一些常用结论通径:过焦点且垂直实轴的弦,其长度为2b2a;焦点到渐近线的距离是b;焦点三角形面积S=b2tanP2;与双曲线x2a2y2b2=1共渐近线的双曲线系方程是x2a2y2b2=(0)焦半径PF1=exP+a,PF2=exPa(点P在双曲线右支上)双曲线x2a2y2b2=1的参数方程x=acosy=btan (为参数).【题型一】双曲线的定义【典题1】 平面内有两个定点F1(5,0)和F2(5,0),动点P满足
3、条件PF1PF2=6,则动点P的轨迹是()A椭圆 B双曲线 C双曲线的右支 D双曲线的左支【解析】由PF1PF2=60; 若点P在左支,肯定PF1PF2r1),若两圆外切,则O1O2=r2+r1;若两圆外切,则O1O2=r2r1(r2r1); 双曲线定义中的“常数”为2a,定点为焦点.巩固练习1() 平面内到两定点F13,0、F2(3,0)的距离之差的绝对值等于4的点M的轨迹()A椭圆B线段C两条射线D双曲线 【答案】 D 【解析】根据双曲线的定义,|MF1|MF2|=4,且|F1F2|=64,点M的轨迹是焦点在x轴上的双曲线,且焦距为6故选:D2() 点P到图形C上每一个点的距离的最小值称为
4、点P到图形C的距离,那么平面内到定圆C的距离与到定点A的距离相等的点的轨迹不可能是()A圆 B椭圆 C双曲线的一支 D直线【答案】 D 【解析】排除法:设动点为Q,1当点A在圆内不与圆心C重合,连接CQ并延长,交于圆上一点B,由题意知QB=QA,又QB+QC=R,所以QA+QC=R,即Q的轨迹为一椭圆;如图2如果是点A在圆C外,由QCR=QA,得QCQA=R,为一定值,即Q的轨迹为双曲线的一支;3当点A与圆心C重合,要使QB=QA,则Q必然在与圆C的同心圆,即Q的轨迹为一圆;则本题选D【题型二】双曲线方程【典题1】已知方程x217k+y2k8=1表示焦点在x轴上的双曲线,则k的求值范围是 .【
5、解析】方程x217k+y2k8=1表示焦点在x轴上的双曲线,可得17k0,k80,解得k8.【点拨】 曲线方程C:x2m+y2n=1,当mn0,n0,m0,b0)共渐近线的方程为x2a2y2b2=(0); 巩固练习1() 若kR,则k3是方程x2k3+y2k+3=1表示双曲线的()A充分不必要条件B必要不充分条件C充要条件D既不充分也不必要条件 【答案】 B 【解析】方程x2k3+y2k+3=1表示双曲线,可得(k3)(k+3)0,解得:3k3,反之不成立,所以kR,则k3是方程x2k3+y2k+3=1表示双曲线的必要不充分条件故选:B2() 已知双曲线的一条渐近线方程为y=2x,且经过点(4
6、,43),则该双曲线的标准方程为 . 【答案】 x24y216=1 【解析】解法1:根据题意知,2443,所以点(4,43)在渐近线方程y2x的右下方,所以该双曲线的焦点在x轴上,设标准方程为x2a2y2b2=1,且a0,b0;又ba=2,所以b2a;又16a248b2=1,即16a2484a2=4a2=1,解得a24,b216,所以双曲线的标准方程是x24y216=1解法2:根据渐近线方程设双曲线的标准方程是x2y24=k(k0),代入点(4,43),计算得k16484=4,所以双曲线的标准方程为x2y24=4,即x24y216=1故选:A3() 在下列条件下求双曲线标准方程(1) 经过两点
7、(3,0),(6,3); (2) a=25,经过点(2,5),焦点在y轴上【答案】(1) x29y23=1 (2) y220x216=1 【解析】(1)根据题意,若双曲线经过点(3,0),则双曲线的焦点在x轴上,且a3,设其标准方程为x29y2b2=1;又由双曲线经过点(6,3),则有49b2=1,则b23,则双曲线的标准方程为x29y23=1;(2)根据题意,a25,其焦点在y轴上,设双曲线的标准方程为:y220x2b2=1,又由双曲线经过点(2,5),则25204b2=1,解可得:b216,则双曲线的标准方程为:y220x216=1 【题型三】 双曲线的图像及其性质【典题1】已知双曲线C的
8、方程为x216y29=1,则下列说法错误的是()A双曲线C的实轴长为8 B双曲线C的渐近线方程为y=34xC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94【解析】双曲线C的方程为x216y29=1,a=4,b=3,c=a2+b2=5,实轴长为2a=24=8,即A正确;渐近线方程为y=bax=34x,即B正确;焦点(5,0)到渐近线y=34x的距离为|345|(34)2+1=3,即C正确;对于选项D,设点P(x,y)为双曲线右支上的一点,点F为双曲线的右焦点,当x=4时,PF取最小值1,即D错误故选:D【点拨】 焦点到渐近线的距离是b; 双曲线上的点到焦点的距离最小值是
9、当点在顶点的位置时取到.【典题2】 设双曲线C:x2a2y2b2=1(a0,b0),的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为3P是C上一点,且F1PF2=60,若F1PF2的面积为43,则a= .【解析】根据题意,几何关系如图所示设|PF2|=m,|PF1|=n,若F1PF2的面积为43,可得12mnsin60=43,由双曲线定义,可得nm=2a,由余弦定理可得4c2=m2+n22mncos60,4c2=4a2+2mnmn=4a2+mn=4a2+16,离心率为3可得ca=3,代入上式,可得a=2【点拨】 遇到焦点三角形F1PF2时,要注意双曲线的定义与解三角形内容(正弦定理、余弦定理、面积公式等
10、)的运用; 在双曲线中,焦点三角形F1PF2的面积为S=b2tanP2,这属于二级结论,本题用上题目求解就较简洁些,S=b2tanP2=43b2tan30=43b=2,又ca=3,易得a=2.【典题3】 已知双曲线C:x2a2y2b2=1(a0,b0)的左、右焦点分别为F1,F2,过F1作斜率为22的直线l与双曲线C的左、右两支分别交于A、B两点,若|AF2|=|BF2|,则双曲线的离心率为 .【解析】方法一 设Ax1,y1,Bx2,y2,依题意可设直线l方程为y=22(xc),由y=22(xc)x2a2y2b2=1,得2b2a2x22ca2xa2c22a2b2=0,则x1+x2=2ca22b
11、2a2,|AF2|=|BF2|,由两点距离公式可得x1c2+y12=x2c2+y22,又y12=b2x12a21, y22=b2x22a21,化简可得2a2=c(x1+x2),2a2=c2ca22b2a2b2=2a2e=1+b2a2=3方法二 如图,取AB中点M,连结F2M,|AF2|=|BF2|,F2MAB,设|AF2|=|BF2|=x,|AF2|AF1|=2a,|AF1|=x2a,又|BF1|BF2|=2a,|BF1|=x+2a,|AB|=|BF1|AF1|=4a,|AM|=|BM|=2a,|F1M|=|BF1|BM|=x,由勾股定理,知|F2M|=(F1F2)2(MF1)2=(BF2)2
12、(BM)2,即|F2M|=4c2x2=x24a2,解得x2=2a2+2c2,|F2M|=2c22a2=2b2,tanMF1F2=|F2M|F1M|=2b22a2+2c2=22,即c2a2a2+c2=12,化简得c2=3a2,离心率e=ca=3【点拨】 方法一是由条件“过F1作斜率为22的直线l”,想用代数法求解;代数法中|AF2|=|BF2|用两点距离公式处理了; 方法二是通过平几的知识点求解,要多观察图形,多积累一些平几的结论与常见已知条件的处理方法:(1) |AF2|=|BF2|等腰三角形的三线合一;(2)斜率为22,即tanF1=22,则找直角三角形MF1F2,易得|F2M|F1M|=2
13、2; 比较两种方法,在本题中计算量来看,方法二优于方法一;思考难度来看,方法一稍容易想到.【典题4】已知F1,F2分别为双曲线x2a2y2b2=1(a0,b0)的左右焦点,且|F1F2|=2b2a,点P为双曲线右支上一点,I为PF1F2的内心,过原点O作PI的平行线交PF1于K,若SIPF1=SIPF2+SIF1F2成立,则下列结论正确的有()A=512 B=5+12 C点I的横坐标为a DPK=a【解析】|F1F2|=2b2a,2c=2b2a=2c22a2a,整理得e2e1=0,e1,e=1+52设PF1F2的内切圆半径为r,由双曲线的定义得|PF1|PF2|=2a,|F1F2|=2c,SI
14、PF1=12|PF1|r,SIPF2=12|PF2|r,SIF1F2=122cr=cr,SIPF1=SIPF2+SIF1F2,12|PF1|r=12|PF2|r+cr,故 =|PF1|PF2|2c=ac=11+52=512,所以A正确,B错误设内切圆与PF1、PF2、F1F2的切点分别为M,N,T,可得|PM|=|PN|F1M|=|F1T|,|F2N|=|F2T|由|PF1|PF2|=|F1M|F2N|=|F1T|F2T|=2a,|F1F2|=|F1T|+|F2T|=2c,可得|F2T|=ca,可得T的坐标为(a,0),即I的横坐标为a,故C正确;设PI延长线与F1F2交于H,可得|PF2|P
15、F1|=|F2H|F1H|,由|PF1|PF2|=2a,可得2a|PF1|=2|OH|F1H|,由三角形的相似的性质可得|PK|OH|=|PF1|HF1|,由可得|PK|=a故D正确故选:ACD【点拨】得到a,b,c任意两个量或三量的一条等式, 均可得到关于离心率e的方程从而求出e.注意内心的定义及其性质,内心是三角形的角平分线交点,则内心到三边的距离相等! 角平分线定理:如图,在ABC中,AD是BAC的角平分线,则ABBD=ACCD.多观察图形,充分利用平几的知识点,得到各角之间或各线段之间的关系.常见的相似三角形的性质(注意A字型、8字型模型)、等腰三角形的三线合一、角平分线、圆的性质、正
16、余弦定理等等.巩固练习1() 若双曲线C:mx2y2=2的实轴长等于虚轴长的一半,则m=()A14B12C4D2 【答案】 C 【解析】双曲线C:mx2y2=2,可知m0,方程化为标准方程是C:x22my22=1,由于实轴长是虚轴长的一半,故2m2=12,解得m=4故选:C2 () 多选题 已知双曲线C:x2a2y2b2=1(a0,b0)的离心率为233,右顶点为A,以A为圆心,b为半径作圆A,圆A与双曲线C的一条渐近线交于M、N两点,则有 ()A渐近线方程为y=3xB渐近线方程为y=33xCMAN=60DMAN=120 【答案】 BC 【解析】由题意可得e=ca=233,可设c=2t,a=3
17、t,t0,则b=c2a2=t,A(3t,0),圆A的圆心为(3t,0),半径r为t,双曲线的渐近线方程为y=bax,即y=33x,圆心A到渐近线的距离为d=|333t|1+13=32t,弦长|MN|=2r2d2=2t234t2=t=b,可得三角形MNA为等边三角形,即有MAN=60故选:BC3 () 多选题 已知F1,F2分别是双曲线x2a2y2b2=1(a0,b0)的左、右焦点,A为左顶点,P为双曲线右支上一点,若|PF1|=2|PF2|且PF1F2的最小内角为30,则()A双曲线的离心率3 B双曲线的渐近线方程为y=2xCPAF2=45 D直线x+2y2=0与双曲线有两个公共点 【答案】
18、ABD 【解析】F1,F2分别是双曲线x2a2y2b2=1(a0,b0)的左、右焦点,A为左顶点,P为双曲线右支上一点,若|PF1|=2|PF2|且PF1F2的最小内角为30,如图,三角形PF1F2是直角三角形,并且b2a=2ctan30,可得:e=3,所以A正确;ca=3,ba=2可得渐近线方程:y=2x,所以B正确;直线x+2y2=0与双曲线的渐近线不平行,所以直线与双曲线由2个交点,所以D正确;故选:ABD4 () 已知点F1(3,0),F2(3,0)分别是双曲线C:x2a2y2b2=1(a0,b0)的左、右焦点,M是C右支上的一点,MF1与y轴交于点P,MPF2的内切圆在边PF2上的切
19、点为Q,若|PQ|=2,则C的离心率为 .【答案】 32 【解析】设MPF2的内切圆与MF1,MF2的切点分别为A,B,由切线长定理可知MA=MB,PA=PQ,BF2=QF2,又PF1=PF2,MF1MF2=(MA+AP+PF1)(MB+BF2)=PQ+PF2QF2=2PQ,由双曲线的定义可知MF1MF2=2a,故而a=PQ=2,又c=3,双曲线的离心率为e=ca=32故选:C5() 已知双曲线C:x2a2y2b2=1(a0,b0)的左、右焦点分别为F1,F2,过F1的直线与C的左、右支分别交于P、Q两点,PQ=2F1P,F1QF2Q=0,则C的渐近线方程为 . 【答案】 y=2x 【解析】P
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