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1、
第七節(jié) 雙曲線
[考綱傳真] 1.了解雙曲線的實(shí)際背景,了解雙曲線在刻畫現(xiàn)實(shí)世界和解決實(shí)際問題中的作用.2.了解雙曲線的定義、幾何圖形和標(biāo)準(zhǔn)方程,知道它的簡單的幾何性質(zhì).3.了解雙曲線的簡單應(yīng)用.4.理解數(shù)形結(jié)合的思想.
1.雙曲線的定義
(1)平面內(nèi)到兩定點(diǎn)F1、F2的距離之差的絕對(duì)值等于常數(shù)(大于零且小于|F1F2|)的點(diǎn)的集合叫作雙曲線,定點(diǎn)F1,F(xiàn)2叫作雙曲線的焦點(diǎn),兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離叫作雙曲線的焦距.
(2)集合P={M|||MF1|-|MF2||=2a},|F1F2|=2c,
其中a,c為常數(shù)且a>0,c>0.
①當(dāng)2a<|F1F2|
2、時(shí),M點(diǎn)的軌跡是雙曲線;
②當(dāng)2a=|F1F2|時(shí),M點(diǎn)的軌跡是兩條射線;
③當(dāng)2a>|F1F2|時(shí),M點(diǎn)不存在.
2.雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程和幾何性質(zhì)
標(biāo)準(zhǔn)方程
-=1(a>0,b>0)
-=1(a>0,b>0)
圖形
性質(zhì)
范圍
x≤-a或x≥a,y∈R
x∈R,y≤-a或y≥a
對(duì)稱性
對(duì)稱軸:坐標(biāo)軸,對(duì)稱中心:原點(diǎn)
頂點(diǎn)
A1(-a,0),A2(a,0)
A1(0,-a),A2(0,a)
漸近線
y=±x
y=±x
離心率
e=,e∈(1,+∞),其中c=
a,b,c的關(guān)系
c2=a2+b
3、2(c>a>0,c>b>0)
1.(思考辨析)判斷下列結(jié)論的正誤.(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)
(1)平面內(nèi)到點(diǎn)F1(0,4),F(xiàn)2(0,-4)距離之差的絕對(duì)值等于8的點(diǎn)的軌跡是雙曲線.( )
(2)方程-=1(mn>0)表示焦點(diǎn)在x軸上的雙曲線.( )
(3)雙曲線方程-=λ(m>0,n>0,λ≠0)的漸近線方程是-=0,即±=0.( )
(4)等軸雙曲線的漸近線互相垂直,離心率等于.( )
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)√
2.(教材改編)已知雙曲線-=1(a&
4、gt;0)的離心率為2,則a=( )
A.2 B.
C. D.1
D [依題意,e===2,
∴=2a,則a2=1,a=1.]
3.(20xx·福州質(zhì)檢)若雙曲線E:-=1的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,點(diǎn)P在雙曲線E上,且|PF1|=3,則|PF2|等于( )
【導(dǎo)學(xué)號(hào):57962406】
A.11 B.9
C.5 D.3
B [由題意知a=3,b=4,∴c=5.由雙曲線的定義||PF1|-|PF2||=|3-|PF2||=2a=6,∴|PF2|=9.]
4.(20xx·全國卷Ⅰ)已知方程-=1表示雙曲線,且該雙曲線兩焦點(diǎn)間的距離為4,則n的取值范
5、圍是( )
A.(-1,3) B.(-1,)
C.(0,3) D.(0,)
A [∵原方程表示雙曲線,且兩焦點(diǎn)間的距離為4.
∴則
因此-1<n<3.]
5.(20xx·北京高考)雙曲線-=1(a>0,b>0)的漸近線為正方形OABC的邊OA,OC所在的直線,點(diǎn)B為該雙曲線的焦點(diǎn).若正方形OABC的邊長為2,則a=__________.
2 [雙曲線-=1的漸近線方程為y=±x,易得兩條漸近線方程互相垂直,由雙曲線的對(duì)稱性知=1.
又正方形OABC的邊長為2,所以c=2,
所以a2+b2=c2=8,因此a=2.]
6、
雙曲線的定義及應(yīng)用
(20xx·全國卷Ⅰ改編)已知F是雙曲線C:x2-=1的右焦點(diǎn),P是C的左支上一點(diǎn),A(0,6).則△APF周長的最小值為__________.
32 [由雙曲線方程x2-=1可知,a=1,c=3,
故F(3,0),F(xiàn)1(-3,0),
當(dāng)點(diǎn)P在雙曲線左支上運(yùn)動(dòng)時(shí),由雙曲線定義知|PF|-|PF1|=2.所以|PF|=|PF1|+2,
從而△APF的周長=|AP|+|PF|+|AF|=|AP|+|PF1|+2+|AF|.
因?yàn)閨AF|==15為定值,
所以當(dāng)(|AP|+|PF1|)最小時(shí),△APF的周長最小,A,F(xiàn)1,P三點(diǎn)共線.
又因?yàn)閨
7、AP|+|PF1|≥|AF1|=|AF|=15.
所以△APF周長的最小值為15+15+2=32.]
[規(guī)律方法] 1.應(yīng)用雙曲線的定義需注意的問題:
在雙曲線的定義中,要注意雙曲線上的點(diǎn)(動(dòng)點(diǎn))具備的幾何條件,即“到兩定點(diǎn)(焦點(diǎn))的距離之差的絕對(duì)值為一常數(shù),且該常數(shù)必須小于兩定點(diǎn)間的距離”.若定義中的“絕對(duì)值”去掉,點(diǎn)的軌跡是雙曲線的一支.同時(shí)需注意定義的轉(zhuǎn)化應(yīng)用.
2.在焦點(diǎn)三角形中,注意定義、余弦定理的活用,常將||PF1|-|PF2||=2a平方,建立|PF1|·|PF2|間的聯(lián)系.
[變式訓(xùn)練1] 已知雙曲線C的離心率為2,焦點(diǎn)為F1,F(xiàn)2,點(diǎn)A在C上.若|F1A
8、|=2|F2A|,則cos∠AF2F1=( )
A. B.
C. D.
A [由e==2得c=2a,如圖,由雙曲線的定義得|F1A|-|F2A|=2a.
又|F1A|=2|F2A|,故|F1A|=4a,
|F2A|=2a,
∴cos∠AF2F1==.]
雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程
(1)(20xx·廣州模擬)已知雙曲線C:-=1的離心率e=,且其右焦點(diǎn)為F2(5,0),則雙曲線C的方程為( )
【導(dǎo)學(xué)號(hào):57962407】
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
(2)(20xx·天津高考)已知雙曲線-=1(b>0),以原點(diǎn)為圓心,雙曲線的
9、實(shí)半軸長為半徑長的圓與雙曲線的兩條漸近線相交于A,B,C,D四點(diǎn),四邊形ABCD的面積為2b,則雙曲線的方程為( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
(1)C (2)D [(1)由焦點(diǎn)F2(5,0)知c=5.
又e==,得a=4,b2=c2-a2=9.
∴雙曲線C的標(biāo)準(zhǔn)方程為-=1.
(2)由題意知雙曲線的漸近線方程為y=±x,圓的方程為x2+y2=4,聯(lián)立解得或
即第一象限的交點(diǎn)為.
由雙曲線和圓的對(duì)稱性得四邊形ABCD為矩形,其相鄰兩邊長為,,故=2b,得b2=12.
故雙曲線的方程為-=1.故選D.]
[規(guī)律方法] 1.確定雙曲線的標(biāo)
10、準(zhǔn)方程也需要一個(gè)“定位”條件,兩個(gè)“定量”條件.“定位”是指確定焦點(diǎn)在哪條坐標(biāo)軸上,“定量”是指確定a,b的值,常用待定系數(shù)法.若雙曲線的焦點(diǎn)不能確定時(shí),可設(shè)其方程為Ax2+By2=1(AB<0).
2.對(duì)于共焦點(diǎn)、共漸近線的雙曲線方程,可靈活設(shè)出恰當(dāng)?shù)男问角蠼猓粢阎獫u近線方程為mx+ny=0,則雙曲線方程可設(shè)為m2x2-n2y2=λ(λ≠0).
[變式訓(xùn)練2] (1)(20xx·全國卷Ⅱ)已知雙曲線過點(diǎn)(4,),且漸近線方程為y=±x,則該雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為________________.
(2)設(shè)橢圓C1的離心率為,焦點(diǎn)在x軸上且長軸長為26,若曲線C2
11、上的點(diǎn)到橢圓C1的兩個(gè)焦點(diǎn)的距離的差的絕對(duì)值等于8,則曲線C2的標(biāo)準(zhǔn)方程為__________.
(1)-y2=1 (2)-=1 [(1)∵雙曲線的漸近線方程為y=±x,
∴可設(shè)雙曲線的方程為x2-4y2=λ(λ≠0).
∵雙曲線過點(diǎn)(4,),
∴λ=16-4×()2=4,
∴雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為-y2=1.
(2)由題意知橢圓C1的焦點(diǎn)坐標(biāo)為F1(-5,0),F(xiàn)2(5,0),設(shè)曲線C2上的一點(diǎn)P,則||PF1|-|PF2||=8.
由雙曲線的定義知:a=4,b=3.
故曲線C2的標(biāo)準(zhǔn)方程為-=1,即-=1.]
雙曲線的簡單幾何性質(zhì)
(1)(20xx
12、·全國卷Ⅱ)已知F1,F(xiàn)2是雙曲線E:-=1的左、右焦點(diǎn),點(diǎn)M在E上,MF1與x軸垂直,sin∠MF2F1=,則E的離心率為( )
A. B.
C. D.2
(2)(20xx·石家莊調(diào)研)設(shè)雙曲線-=1(a>0,b>0)的右焦點(diǎn)是F,左、右頂點(diǎn)分別是A1,A2,過F作A1A2的垂線與雙曲線交于B,C兩點(diǎn).若A1B⊥A2C,則該雙曲線的漸近線為__________.
【導(dǎo)學(xué)號(hào):57962408】
(1)A (2)x±y=0 [(1)如圖,因?yàn)镸F1⊥x軸,所以|MF1|=.
在Rt△MF1F2中,由sin∠MF2F1=得
tan∠MF
13、2F1=.
所以=,即=,即=,
整理得c2-ac-a2=0,
兩邊同除以a2得e2-e-1=0.
解得e=(負(fù)值舍去).
(2)由題設(shè)易知A1(-a,0),A2(a,0),B,C.
因?yàn)锳1B⊥A2C,
所以·=-1,整理得a=b.
因此該雙曲線的漸近線為y=±x,即x±y=0.]
[規(guī)律方法] 1.(1)求雙曲線的漸近線,要注意雙曲線焦點(diǎn)位置的影響;(2)求離心率的關(guān)鍵是確定含a,b,c的齊次方程,但一定注意e>1這一條件.
2.雙曲線中c2=a2+b2,可得雙曲線漸近線的斜率與離心率的關(guān)系=.抓住雙曲線中“六點(diǎn)”、“四線”、“兩三角
14、形”,研究a,b,c,e間相互關(guān)系及轉(zhuǎn)化,簡化解題過程.
[變式訓(xùn)練3] (20xx·全國卷Ⅱ)已知A,B為雙曲線E的左,右頂點(diǎn),點(diǎn)M在E上,△ABM為等腰三角形,且頂角為120°,則E的離心率為( )
A. B.2
C. D.
D [不妨取點(diǎn)M在第一象限,如圖所示,設(shè)雙曲線方程為-=1(a>0,b>0),則|BM|=|AB|=2a,∠MBx=180°-120°=60°,
∴M點(diǎn)的坐標(biāo)為.
∵M(jìn)點(diǎn)在雙曲線上,∴-=1,a=b,
∴c=a,e==.故選D.]
[思想與方法]
1.求雙曲線標(biāo)準(zhǔn)方程的主要方法:
15、(1)定義法:由條件判定動(dòng)點(diǎn)的軌跡是雙曲線,求出a2,b2,得雙曲線方程.
(2)待定系數(shù)法:即“先定位,后定量”,如果不能確定焦點(diǎn)的位置,應(yīng)注意分類討論或恰當(dāng)設(shè)置簡化討論.
①若已知雙曲線過兩點(diǎn),焦點(diǎn)位置不能確定,可設(shè)方程為Ax2+By2=1(AB<0).
②當(dāng)已知雙曲線的漸近線方程bx±ay=0,求雙曲線方程時(shí),可設(shè)雙曲線方程為b2x2-a2y2=λ(λ≠0).
③與雙曲線-=1有相同的漸近線的雙曲線方程可設(shè)為-=λ(λ≠0).
2.已知雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程求雙曲線的漸近線方程,只需將雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程中“1”改為“0”即可.
[易錯(cuò)與防范]
1.區(qū)分雙曲線中a,b,c的關(guān)系與橢圓中a,b,c的關(guān)系,在橢圓中a2=b2+c2,在雙曲線中c2=a2+b2.
2.雙曲線的離心率大于1,橢圓的離心率e∈(0,1).求它們的離心率,不要忽視這一前提條件,否則會(huì)產(chǎn)生增解或擴(kuò)大取值范圍.
3.直線與雙曲線有一個(gè)公共點(diǎn)時(shí),不一定相切,也可能直線與漸近線平行.