【文档说明】高考统考数学理科北师大版一轮复习教师用书:第8章 第7节 双曲线 含解析【高考】.doc,共(17)页,447.000 KB,由小赞的店铺上传
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-1-双曲线[考试要求]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.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若a<c,则集合P为双曲线;②若a=c,则集合P为两条射线;③若a>c,则集合
P为空集.2.双曲线的标准方程和几何性质标准方程x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)y2a2-x2b2=1(a>0,b>0)图形性质范围x≥a或x≤-a,y∈Ry≤-a或y≥a,x∈R对称性对称轴:坐标轴,对称中心:原点-2-顶点A1(-a,0),A2(a,0)A1(0,-a),A2(0,
a)渐近线y=±baxy=±abx离心率e=ca,e∈(1,+∞)实、虚轴线段A1A2叫做双曲线的实轴,它的长|A1A2|=2a;线段B1B2叫做双曲线的虚轴,它的长|B1B2|=2b;a叫做双曲线的实半轴长,b叫做双曲线的虚半轴长a,b,c的关系c2=a2+b2(
c>a>0,c>b>0)3.等轴双曲线及性质(1)等轴双曲线:实轴长和虚轴长相等的双曲线叫做等轴双曲线,其标准方程可写作:x2-y2=λ(λ≠0).(2)等轴双曲线⇔离心率e=2⇔两条渐近线y=±x相
互垂直.[常用结论]1.双曲线中的几个常用结论(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(过焦点且垂直于长轴的弦),其长为2b2a,异支的弦中最短的为实轴,其长为2a.(4)设P,A,B是双曲线上的三个不同的点,其中A,B关于原点对称,直线PA,PB斜率存在且不为0,则直线PA与PB的斜率之积为b2a2.(5)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∠F1PF2.2.巧设双曲线方程(1)与双曲线(a>0,b>0)有共同渐近线的方程可表示为x2a2-y2b2=-3-t(t≠0).(2)过已知两个点的双曲线方程可设为mx2+ny2=1(mn<0).一、易错易误辨析(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x2m-y2n=1(mn>0)表示焦点在x轴上的双曲线.()(3)双曲线x2m2-y2n2=λ(m>0,n>0,λ≠0)
的渐近线方程是x2m2-y2n2=0,即xm±yn=0.()(4)等轴双曲线的渐近线互相垂直,离心率等于2.()[答案](1)×(2)×(3)√(4)√二、教材习题衍生1.以椭圆x24+y23=1的焦点为顶点,顶点为焦点的双曲线方程为()A.x2-y23
=1B.x23-y2=1C.x2-y22=1D.x24-y23=1A[设所求的双曲线方程为x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),由椭圆x24+y23=1,得椭圆焦点为(±1,0),在x轴上的顶点为(±2,0).所以双曲线的顶点为(±1,0),焦点为(±2,0).所以a=1,
c=2,所以b2=c2-a2=3,所以双曲线标准方程为x2-y23=1.]2.经过点A(3,-1),且对称轴都在坐标轴上的等轴双曲线方程为________.x28-y28=1[设等轴双曲线的方程为x2-y2=λ(λ≠0).由题意得9-1=λ,∴λ=8.即x28-y28=1.]3.若方程x22+m-
y2m+1=1表示双曲线,则m的取值范围是________.-4-(-∞,-2)∪(-1,+∞)[因为方程x22+m-y2m+1=1表示双曲线,所以(2+m)(m+1)>0,即m>-1或m<-2.]4.双曲线x224-y225=-1的实轴长为________,离心率为__
______,渐近线方程为________.1075y=±5612x[双曲线y225-x224=1中a=5,b2=24,c2=25+24=49,∴实轴长为2a=10,离心率e=ca=75,渐近线方程为y=±5612x.]考点一双曲线的定义及其应用双曲线
定义的应用(1)判定满足某条件的平面内动点的轨迹是否为双曲线,进而根据要求可求出曲线方程.(2)在“焦点三角形”中,当∠F1PF2=90°时,S△PF1F2=b2,常利用正弦定理、余弦定理,经常结合||PF1|-|PF2||=2a,
运用平方的方法,建立|PF1|与|PF2|的关系.提醒:在应用双曲线定义时,要注意定义中的条件,搞清所求轨迹是双曲线,还是双曲线的一支,若是双曲线的一支,则需确定是哪一支.[典例1](1)已知双曲线x2-y216=1上一点P到它的一个焦点的距离等于4,那么点P到另一个焦点的距离等于
________.(2)已知圆C1:(x+3)2+y2=1和圆C2:(x-3)2+y2=9,动圆M同时与圆C1及圆C2相外切,则动圆圆心M的轨迹方程为________.(3)已知F1,F2为双曲线C:x2-y2=2的左、右焦点,点P在
C上,|PF1|=2|PF2|,则cos∠F1PF2=________.(1)6(2)x2-y28=1(x≤-1)(3)34[(1)设双曲线的焦点为F1,F2,|PF1|=4,则||PF1|-|PF2||=2,故|
PF2|=6或2,又双曲线上的点到焦点的距离的最小值为c-a=17-1,故|PF2|=6.-5-(2)如图所示,设动圆M与圆C1及圆C2分别外切于点A和B.根据两圆外切的条件,得|MC1|-|AC1|=|MA|
,|MC2|-|BC2|=|MB|.因为|MA|=|MB|,所以|MC1|-|AC1|=|MC2|-|BC2|,即|MC2|-|MC1|=|BC2|-|AC1|=2,所以点M到两定点C1,C2的距离的差是常数且小于|C1C2|.根据双曲线的定义,得动点M的轨迹为双曲线的
左支(点M与C2的距离大,与C1的距离小),其中a=1,c=3,则b2=8.故点M的轨迹方程为x2-y28=1(x≤-1).(3)因为由双曲线的定义有|PF1|-|PF2|=|PF2|=2a=22,所以|PF1|=2|PF2|=42,所以co
s∠F1PF2=|PF1|2+|PF2|2-|F1F2|22|PF1|·|PF2|=(42)2+(22)2-422×42×22=34.][母题变迁]1.将本例(3)中的条件“|PF1|=2|PF2|”改为“∠F1PF2=60°”,则△F1PF2的面积是多少?[解]不妨设点P在双曲线的
右支上,则|PF1|-|PF2|=2a=22,在△F1PF2中,由余弦定理,得cos∠F1PF2=|PF1|2+|PF2|2-|F1F2|22|PF1|·|PF2|=12,∴|PF1|·|PF2|=8,∴S△F1PF2=12|PF1|·|PF2|·sin60°=23.2.将本例(3)
中的条件“|PF1|=2|PF2|”改为“PF1→·PF2→=0”,则△F1PF2的面积是多少?-6-[解]不妨设点P在双曲线的右支上,则|PF1|-|PF2|=2a=22,∵PF1→·PF2→=0,∴PF1→⊥PF2→,∴在△F1P
F2中,有|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2,即|PF1|2+|PF2|2=16,∴|PF1|·|PF2|=4,∴S△F1PF2=12|PF1|·|PF2|=2.点评:(1)求双曲线上的点到焦点的距离时,要注意取舍,如本例T(1)
.(2)利用定义求双曲线方程时,要注意所求是双曲线一支,还是整个双曲线,如本例T(2).[跟进训练]1.虚轴长为2,离心率e=3的双曲线的两焦点为F1,F2,过F1作直线交双曲线的一支于A,B两点,且|AB|=8,则△ABF2的周长为()A.3B.16+2C.
12+2D.24B[由于2b=2,e=ca=3,∴b=1,c=3a,∴9a2=a2+1,∴a=24.由双曲线的定义知,|AF2|-|AF1|=2a=22,①|BF2|-|BF1|=22,②①+②得|AF2|+|BF2|-(|AF1
|+|BF1|)=2,又|AF1|+|BF1|=|AB|=8,∴|AF2|+|BF2|=8+2,则△ABF2的周长为16+2,故选B.]2.已知F是双曲线x24-y212=1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________.9[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-7-当|PF1|+|PA|最小时满足|PF|+|PA|最小.由双曲线的图像(图略)
,可知当点A,P,F1共线时,满足|PF1|+|PA|最小,|AF1|即|PF1|+|PA|的最小值.又|AF1|=5,故所求的最小值为9.]考点二双曲线的标准方程求双曲线的标准方程的方法1.(2020·兰州诊断)经过点M(23,25)且与双曲线x23-y22=1
有相同渐近线的双曲线方程是()A.x218-y212=1B.x212-y218=1C.y218-x212=1D.y212-x218=1D[设所求双曲线方程为x23-y22=λ(λ≠0),又双曲线过点M(23,25),所以λ=-6.即双曲线方程为y212-x218
=1,故选D.]2.已知F1,F2分别为双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点,P为双曲线上一点,PF2与x轴垂直,∠PF1F2=30°,且虚轴长为22,则双曲线的标准方程为()A.x24-y22=1B.x23-y22=1C.x24-y2
8=1D.x2-y22=1-8-D[由题意可知|PF1|=43c3,|PF2|=23c3,2b=22,由双曲线的定义可得43c3-23c3=2a,即c=3a.又b=2,c2=a2+b2,∴a=1,∴双曲线的标准方程为x2-y22=1,故选D.]3.经过点P
(3,27),Q(-62,7)的双曲线的标准方程为________.y225-x275=1[设双曲线方程为mx2-ny2=1(mn>0).∴9m-28n=1,72m-49n=1,解得m=
-175,n=-125.∴双曲线方程为y225-x275=1.]点评:结合题设条件,灵活选择双曲线的设法,可以快速求解双曲线的标准方程.考点三双曲线的几何性质1.求双曲线渐近线方程的方法求双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)或y2a2-x2b2=1(a>0,b>0)的渐近
线方程的方法是令右边的常数等于0,即令x2a2-y2b2=0,得y=±bax;或令y2a2-x2b2=0,得y=±abx.2.求双曲线的离心率或其范围的方法(1)求a,b,c的值,由c2a2=a2+b2a2=1+b2a2直接求e.(2)列出含有a,b,c的齐次方程(或不等
式),借助于b2=c2-a2消去b,然后转化成关于e的方程(或不等式)求解.求双曲线的渐近线方程[典例2-1](1)(2018·全国卷Ⅱ)双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的离心率为3,则其渐近线方程为()A
.y=±2xB.y=±3x-9-C.y=±22xD.y=±32x(2)(2020·广州模拟)设F1,F2分别是双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点,P是C上一点,若|PF1|+|PF
2|=6a,且△PF1F2的最小内角的大小为30°,则双曲线C的渐近线方程是()A.x±2y=0B.2x±y=0C.x±2y=0D.2x±y=0(1)A(2)B[(1)法一:(直接法)由题意知,e=ca=3,所以c=3a,所以b=c2-a2=2a,即ba=2,所以该双曲线的渐近线方程为y
=±bax=±2x.法二:(公式法)由e=ca=1+ba2=3,得ba=2,所以该双曲线的渐近线方程为y=±bax=±2x.(2)假设点P在双曲线的右支上,则|PF1|+|PF2|=6a,|PF1|-|PF2|=2a
,∴|PF1|=4a,|PF2|=2a.∵|F1F2|=2c>2a,∴△PF1F2最短的边是PF2,∴△PF1F2的最小内角为∠PF1F2.在△PF1F2中,由余弦定理得4a2=16a2+4c2-2×4a×2c×cos30°,∴c2-23a
c+3a2=0,∴e2-23e+3=0,∴e=3,∴ca=3,∴c2=3a2,∴a2+b2=3a2,∴b2=2a2,∴ba=2,∴双曲线的渐近线方程为2x±y=0,故选B.]点评:双曲线的渐近线的斜率k与离心率e的关系:k=ba=c2a2-1=e2-1,或e=ca=a2+b2a2=1+k2.双曲
线的离心率-10-[典例2-2](1)已知点F是双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左焦点,点E是该双曲线的右顶点,过F作垂直于x轴的直线与双曲线交于A,B两点,若△ABE是锐角三角形,则该双曲线的离心率e的取值范围是()A.(1,+∞)B.(
1,2)C.(2,1+2)D.(1,1+2)(2)(2019·全国卷Ⅱ)设F为双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的右焦点,O为坐标原点,以OF为直径的圆与圆x2+y2=a2交于P,Q两点.若|PQ|=|OF|,则C的离心
率为()A.2B.3C.2D.5(1)B(2)A[(1)若△ABE是锐角三角形,只需∠AEF<45°,在Rt△AFE中,|AF|=b2a,|FE|=a+c,则b2a<a+c,即b2<a2+ac,即2a2-c2+ac>0,则e2-e
-2<0,解得-1<e<2,又e>1,则1<e<2,故选B.(2)令双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的右焦点F的坐标为(c,0),则c=a2+b2.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,
则|OP|=a,|OM|=|MP|=c2,由|OM|2+|MP|2=|OP|2,得c22+c22=a2,∴ca=2,即离心率e=2.故选A.]点评:解答双曲线与圆的综合问题一般要画出几
何图形,多借助圆的几何性质,挖掘出隐含条件,如垂直关系、线段或角的等量关系等.[跟进训练]-11-1.若双曲线x2a2-y2b2=1(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.5B.5C.2D.2A[由题意可知b=2a,∴e=ca=1+b2a2=5,故选A.]2.(2020·衡水模拟)已知双曲线C1:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),圆C2:x2+y2-2ax+3
4a2=0,若双曲线C1的一条渐近线与圆C2有两个不同的交点,则双曲线C1的离心率的取值范围是()A.1,233B.233,+∞C.(1,2)D.(2,+∞)A[由双曲线方程可得其渐近线方程为y=±ba
x,即bx±ay=0,圆C2:x2+y2-2ax+34a2=0可化为(x-a)2+y2=14a2,圆心C2的坐标为(a,0),半径r=12a,由双曲线C1的一条渐近线与圆C2有两个不同的交点,得|ab|a2+b2<12a,即c>2b,即c2>4b2,又
知b2=c2-a2,所以c2>4(c2-a2),即c2<43a2,所以e=ca<233,又知e>1,所以双曲线C1的离心率的取值范围为1,233.]3.(2020·安徽示范高中联考)如图,F1,F2是双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0
)的左、右焦点,过F2的直线与双曲线交于A,B两点.若|AB|∶|BF1|∶|AF1|=3∶4∶5,则双曲线的渐近线方程为()A.y=±23xB.y=±22xC.y=±3xD.y=±2x-12-A[由题
意可设|AB|=3k,则|BF1|=4k,|AF1|=5k,则易得BF1⊥BF2,由双曲线的定义可知|AF1|-|AF2|=2a,则可得|AF2|=5k-2a,|BF2|=8k-2a,再根据双曲线的定义得|BF2|-|BF1|=2a,得k=a,即|
BF1|=4a,|BF2|=6a,|F1F2|=2c,在直角三角形BF1F2中,得16a2+36a2=4c2=4(a2+b2),则ba=23,双曲线的渐近线方程为y=±23x,故选A.]备考技法6“设而不求”在解析几何中
的妙用“设而不求”是解析几何解题简化运算的一种重要手段,它的精彩在于通过设出相应的参数,利用题设条件加以巧妙转化,以参数为过渡,最大限度地减少运算;同时,“设而不求”也是比较特殊的一种思想方法,其实质是整体结构意义上的变式和整体思想的应用.活用定义,转化坐标[技法展示1]在平面直角坐标系xOy
中,双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的右支与焦点为F的抛物线x2=2py(p>0)交于A,B两点,若|AF|+|BF|=4|OF|,则该双曲线的渐近线方程为________.y=±22x[设A(xA,yA),B(xB,yB),由抛物线定义可得|AF|+|BF|=yA+p2+yB+p2
=4×p2⇒yA+yB=p,由x2a2-y2b2=1,x2=2py可得a2y2-2pb2y+a2b2=0,所以yA+yB=2pb2a2=p,解得a=2b,故该双曲线的渐近线方程为y=±22x.][
评析]设出点的坐标,先通过抛物线的定义,实现点的坐标与几何关系|AF|+|BF|=4|OF|的转换,然后借助根与系数的关系建立参数a,b的等量关系,达到设而不求,从而求得双曲线的渐近线方程.[技法应用]抛物线y2=4mx
(m>0)的焦点为F,点P为该抛物线上的动点,若点A(-m,0),则|PF||PA|的最小值为________.-13-22[设点P的坐标为(xP,yP),由抛物线的定义,知|PF|=xP+m,又|PA|2=(xP+
m)2+y2P=(xP+m)2+4mxP,则|PF||PA|2=(xP+m)2(xP+m)2+4mxP=11+4mxP(xP+m)2≥11+4mxP(2xP·m)2=12(当且仅当xP=m时取等号),所以|PF||PA|≥22,所以|PF||PA|的最小值为22.]妙
用“点差法”,构造斜率[技法展示2]已知椭圆E:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F(3,0),过点F的直线交E于A,B两点.若AB的中点坐标为(1,-1),则椭圆E的标准方程为()A.x245+y236=1B.x236+y227=1C.x227+y2
18=1D.x218+y29=1D[设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=2,y1+y2=-2,x21a2+y21b2=1,①x22a2+y22b2=1,②①-②得(x1+x2)(x1-x2)a2+(y1+y2)(y1-y2)b2=0,所以kAB=y1
-y2x1-x2=-b2(x1+x2)a2(y1+y2)=b2a2.又kAB=0+13-1=12,所以b2a2=12.又9=c2=a2-b2,解得b2=9,a2=18,所以椭圆E的方程为x218+y29=1.]-14-[评析]
该题目属于中点弦问题,可设出A,B两点的坐标,通过“点差法”,巧妙地表达出直线AB的斜率,通过将直线AB的斜率“算两次”建立几何量之间的关系,从而快速解决问题.[技法应用]1.抛物线E:y2=2x上存在两点关于直线y=k(x-2)对称,则k的取值范围是__
______.(-2,2)[当k=0时,显然成立.当k≠0时,设两对称点为B(x1,y1),C(x2,y2),BC的中点为M(x0,y0),由y21=2x1,y22=2x2,两式相减得(y1+y2)(y1-y2)=2(x1-x2),则直
线BC的斜率kBC=y1-y2x1-x2=2y1+y2=22y0=1y0,由对称性知kBC=-1k,点M在直线y=k(x-2)上,所以y0=-k,y0=k(x0-2),所以x0=1.由点M在抛物线内,得y20<2x0,即(-k)2<2,所以-2<k<2,且k≠0.综上,k的取值范
围为(-2,2).]2.已知双曲线x2-y22=1,过点P(1,1)能否作一条直线l与双曲线交于A,B两点,且点P是线段AB的中点?[解]假设存在直线l与双曲线交于A,B两点,且点P是线段AB的中点.设A(x1,y1),B(x2,y2),易知x1≠x2,由
x21-y212=1,x22-y222=1,两式相减得(x1+x2)(x1-x2)-(y1+y2)(y1-y2)2=0,又x1+x22=1,y1+y22=1,所以2(x1-x2)-(y1-y2)=0,所以kAB=y1-y2x1-x2=2,故直线l的方程为y-1=2(x-1),即y=2x-
1.由y=2x-1,x2-y22=1,消去y得2x2-4x+3=0,因为Δ=16-24=-8<0,方程无解,故不存在一条直线l与双曲线交于A,B两点,且点P是线段AB的中点.-15-巧引参数,整
体代入[技法展示3]已知椭圆x24+y2=1的左顶点为A,过A作两条互相垂直的弦AM,AN交椭圆于M,N两点.(1)当直线AM的斜率为1时,求点M的坐标;(2)当直线AM的斜率变化时,直线MN是否过x轴上的一定点?若过定点,请给出证明,并
求出该定点;若不过定点,请说明理由.[解](1)直线AM的斜率为1时,直线AM的方程为y=x+2,代入椭圆方程并化简得5x2+16x+12=0.解得x1=-2,x2=-65,所以M-65,45.(2)设直线AM的斜率为k
,直线AM的方程为y=k(x+2),联立方程y=k(x+2),x24+y2=1,化简得(1+4k2)x2+16k2x+16k2-4=0.则xA+xM=-16k21+4k2,xM=-xA-16k21+4k2=2-16k21+4k2=2-8k2
1+4k2.同理,可得xN=2k2-8k2+4.由(1)知若存在定点,则此点必为P-65,0.证明如下:因为kMP=yMxM+65=k2-8k21+4k2+22-8k21+4k2+65=5k4-4k2,同理可计算得kPN=5k4-4k2.所以直线MN过
x轴上的一定点P-65,0.-16-[评析]第(2)问先设出AM的方程为y=k(x+2),联立方程,利用根与系数的关系求出xM,在此基础上借助kAM·kAN=-1,整体代入求出xN.[技法应用]已知F为抛物线C:y2=2x的焦点,过F作两条互相垂直的直线l
1,l2,直线l1与C交于A,B两点,直线l2与C交于D,E两点,求|AB|+|DE|的最小值.[解]法一:由题意知,直线l1,l2的斜率都存在且不为0,F12,0,设l1:x=ty+12,则直线l1的斜率为1t
,联立方程得y2=2x,x=ty+12,消去x得y2-2ty-1=0.设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=2t,y1y2=-1.所以|AB|=t2+1|y1-y2|=t2+1·(y1+y2)2-4y1y2=t2+1·4t2+4=2t2+2,同理得,用1t替换t可得|DE
|=2t2+2,所以|AB|+|DE|=2t2+1t2+4≥4+4=8,当且仅当t2=1t2,即t=±1时等号成立,故|AB|+|DE|的最小值为8.法二:由题意知,直线l1,l2的斜率都存在且不为0,F12,0,不妨设l1的斜率为k,则l
1:y=kx-12,l2:y=-1kx-12.由y2=2x,y=kx-12,消去y得k2x2-(k2+2)x+k24=0,设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1
+x2=1+2k2.由抛物线的定义知,|AB|=x1+x2+1=1+2k2+1=2+2k2.同理可得,用-1k替换|AB|中k,可得|DE|=2+2k2,所以|AB|+|DE|=2+2k2+2-17-+2k2=4+2k2+2k2≥4+4=8,当且仅当2k2=2k2,即k=±1时等号成立
,故|AB|+|DE|的最小值为8.