1、 第6讲 双曲线 1.双曲线的概念 平面内动点P与两个定点F1、F2(|F1F2|=2c>0)的距离之差的确定值为常数2a(0<2a<2c),则点P的轨迹叫双曲线.这两个定点叫双曲线的焦点,两焦点间的距离叫焦距. 集合P={M|||MF1|-|MF2||=2a},|F1F2|=2c,其中a、c为常数且a>0,c>0: (1)当a<c时,P点的轨迹是双曲线; (2)当a=c时,P点的轨迹是两条射线; (3)当a>c时,P点不存在. 2.双曲线的标准方程和几何性质 标准方程 -=1 (a>0,b>0) -=1 (a>0,b>0) 图形 性质
2、范围 x≥a或x≤-a,y∈R x∈R,y≤-a或y≥a 对称性 对称轴:坐标轴,对称中心:原点 顶点 A1(-a,0),A2(a,0) A1(0,-a),A2(0,a) 渐近线 y=±x y=±x 离心率 e=,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叫做双曲线的半实轴长,b叫做双曲线的半虚轴长 a、b、c的关系 c2=a2+b2(c>a>0,c>b>0) [做一做] 1.(2022·高考课标全国卷Ⅰ)已知双曲线-=1(a>0)的离心率为2,则a=( )
3、 A.2 B. C. D.1 答案:D 2.已知中心在原点的双曲线C的右焦点为F(3,0),离心率等于,则C的方程是( ) A.-=1 B.-=1 C.-=1 D.-=1 答案:B 1.辨明三个易误点 (1)双曲线的定义中易忽视2a<|F1F2|这一条件.若2a=|F1F2|,则轨迹是以F1,F2为端点的两条射线,若2a>|F1F2|,则轨迹不存在. (2)区分双曲线中a,b,c的关系与椭圆中a,b,c的关系,在椭圆中a2=b2+c2,而在双曲线中c2=a2+b2. (3)双曲线的离心率e∈(1,+∞),而椭圆的离心率e∈(0,1).
4、2.求双曲线标准方程的两种方法 (1)定义法 依据题目的条件,推断是否满足双曲线的定义,若满足,求出相应的a,b,c,即可求得方程. (2)待定系数法 ①与双曲线-=1共渐近线的可设为-=λ(λ≠0); ②若渐近线方程为y=±x,则可设为-=λ(λ≠0); ③若过两个已知点,则可设为+=1(mn<0). 3.双曲线几何性质的关注点 双曲线的几何性质可从以下三点关注: (1)“六点”:两焦点、两顶点、两虚轴端点; (2)“四线”:两对称轴(实、虚轴)、两渐近线; (3)“两形”:中心、顶点、虚轴端点构成的三角形;双曲线上的一点(不包括顶点)与两焦点构成的三角形. [做一做
5、] 3.“k>9”是“方程+=1表示双曲线”的( ) A.充要条件 B.充分不必要条件 C.必要不充分条件 D.既不充分也不必要条件 解析:选B.当k>9时,9-k<0,k-4>0,方程表示双曲线.当k<4时,9-k>0,k-4<0,方程也表示双曲线. ∴“k>9”是“方程+=1表示双曲线”的充分不必要条件. 4.(2022·高考北京卷)设双曲线C经过点(2,2),且与-x2=1具有相同渐近线,则C的方程为________;渐近线方程为________. 解析:设双曲线C的方程为-x2=λ,将点(2,2)代入上式,得λ=-3,∴C的方程为-=1,其渐近线方程为y=±2x.
6、 答案:-=1 y=±2x __双曲线的定义________________________ (1)(2022·高考大纲全国卷)已知双曲线C的离心率为2,焦点为F1、F2 ,点A在C上.若|F1A|=2|F2A|,则cos∠AF2F1=( ) A. B. C. D. (2)P是双曲线-=1(a>0,b>0)右支上一点,F1,F2分别为左、右焦点,且焦距为2c,则△PF1F2的内切圆圆心M的横坐标是( ) A.a B.b C.c D.a+b-c [解析] (1) 由e==2,得c=2a,如图,由双曲线的定义得|F1A|-|F2A|
7、=2a, 又|F1A|=2|F2A|, 故|F1A|=4a, |F2A|=2a, ∴cos∠AF2F1==. (2) 如图,内切圆圆心M到各边的距离分别为MA,MB,MC,切点分别为A,B,C,由三角形的内切圆的性质则有:|CF1|=|AF1|,|AF2|=|BF2|,|PC|=|PB|, ∴|PF1|-|PF2|=|CF1|-|BF2|=|AF1|-|AF2|=2a, 又|AF1|+|AF2|=2c, ∴|AF1|=a+c,则|OA|=|AF1|-|OF1|=a. ∵M的横坐标和A的横坐标相同. [答案] (1)A (2)A 本例(1)中双曲线方程变
8、为x2-=1,若点A在C上,|F1A|=2|F2A|不变,求cos∠AF2F1的值. 解:如图,由双曲线的定义得|F1A|-|F2A|=2, 又|F1A|=2|F2A|, 故|F1A|=4, |F2A|=2, ∴cos∠AF2F1= =. [规律方法] (1)在应用双曲线定义时,要留意定义中的条件,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. (2)在“焦点三角形”中,正弦定理、余弦定理、双曲线的定义是经常使用的学问点.另外,还经常结合||PF1|-|PF2||=2a,运用平方的方法,建立它与|PF1||PF2|的联系. 1.(1)已知△AB
9、P的顶点A,B分别为双曲线-=1的左,右焦点,顶点P在双曲线上,则的值等于( ) A. B. C. D. (2)已知双曲线x2-y2=1,点F1,F2为其两个焦点,点P为双曲线上一点,若PF1⊥PF2,则|PF1|+|PF2|的值为________. 解析:(1)在△ABP中,由正弦定理知====. (2)设P在双曲线的右支上,|PF1|=2+x,|PF2|=x(x>0),由于PF1⊥PF2,所以(x+2)2+x2=(2c)2=8,所以x=-1,x+2=+1,所以|PF2|+|PF1|=2. 答案:(1)A (2)2 __求双曲线的标准方程_______
10、 (1)(2021·东北三校联合模拟)与椭圆C:+=1共焦点且过点(1,)的双曲线的标准方程为( ) A.x2-=1 B.y2-=1 C.-=1 D.-x2=1 (2)(2022·高考江西卷)过双曲线C:-=1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的方程为( ) A.-=1 B.-=1 C.-=1 D.-=1 [解析] (1)椭圆+=1的焦点坐标为(0,-2),(0,2), 设双曲线的标准方程为-=1(m>0,n>0), 则,解得m=n=2.
11、 ∴双曲线的标准方程为-=1. (2)由得∴A(a,-b). 由题意知右焦点到原点的距离为c=4, ∴=4,即(a-4)2+b2=16. 而a2+b2=16,∴a=2,b=2. ∴双曲线C的方程为-=1. [答案] (1)C (2)A [规律方法] 求双曲线的标准方程的基本方法是定义法和待定系数法.待定系数法具体过程是先定形,再定量,即先确定双曲线标准方程的形式,然后再依据a,b,c,e及渐近线之间的关系,求出a,b的值. 2.求适合下列条件的双曲线的标准方程: (1)虚轴长为12,离心率为; (2)焦距为26,且经过点M(0,12). 解:(1)设双曲线的标准方程为
12、 -=1或-=1(a>0,b>0). 由题意知,2b=12,e==, ∴b=6,c=10,a=8. ∴双曲线的标准方程为-=1或-=1. (2)∵双曲线经过点M(0,12), ∴M(0,12)为双曲线的一个顶点, 故焦点在y轴上,且a=12. 又2c=26,∴c=13. ∴b2=c2-a2=25. ∴双曲线的标准方程为-=1. __双曲线的几何性质(高频考点)__________ 双曲线的几何性质及应用,是高考命题的热点,多以选择题或填空题的形式呈现,试题难度不大,多为简洁题或中档题. 高考对双曲线的几何性质的考查主要有以下四个命题角度: (1)求双曲线的离心率
13、或范围);
(2)求双曲线的渐近线方程;
(3)求双曲线方程;
(4)求双曲线的焦点(距)、实、虚轴长.
(1)(2022·高考广东卷)若实数k满足0
14、程为-=1,C1与C2的离心率之积为,则C2的渐近线方程为( )
A.x±y=0 B.x±y=0
C.x±2y=0 D.2x±y=0
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双曲线及其几何性质
[解析] (1)由于0 15、===.
(3)由题意知e1=,e2=,
∴e1·e2=·==.
又∵a2=b2+c,c=a2+b2,∴c=a2-b2,
∴==1-,
即1-=,
解得=±,
∴=.
令-=0,解得bx±ay=0,∴x±y=0.
[答案] (1)D (2)D (3)A
[规律方法] 与双曲线几何性质有关问题的解题策略
在争辩双曲线的性质时,实半轴、虚半轴所构成的直角三角形是值得关注的一个重要内容;双曲线的离心率涉及的也比较多.由于e=是一个比值,故只需依据条件得到关于a,b,c的一个关系式,利用b2=c2-a2消去b,然后变形求e,并且需留意e>1.
3.(1)(2021·忻州市高三 16、联考)已知双曲线C:-=1的离心率为,则C的渐近线方程为( )
A.y=±2x B.y=±x
C.y=±x D.y=±x
(2)(2021·唐山模拟)已知双曲线x2-y2=4左支上一点P(a,b)到直线y=x的距离为,则a+b=( )
A.2 B.-2
C.4 D.-4
(3)(2021·湖北宜昌调研)已知F1,F2是双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,过F1且垂直于x轴的直线与双曲线的左支交于A、B两点,若△ABF2是正三角形,那么双曲线的离心率为( )
A. B.
C.2 D.3
解析:(1)选B.由双曲线的方程-=1知,双曲线的焦点 17、在x轴上,∴=()2=3,∴n=,∴a2=,b2=4-=,从而双曲线的渐近线方程是y=±x.
(2)选B.利用点到直线的距离公式,得=,即|a-b|=2,又P(a,b)为双曲线左支上一点,故应在直线y=x的上方区域,∴a-b<0,∴a-b=-2.∵P(a,b)在双曲线上,∴a2-b2=4,
∴(a+b)(a-b)=4,∴a+b=-2.
(3)选B.由△ABF2是正三角形,可得∠AF2F1=30°,在Rt△AF1F2中,|F1F2|=2c,∴|AF1|=c,|AF2|=c.
依据双曲线的定义可得|AF2|-|AF1|=2a=c,
∴e==.故选B.
__与双曲线有关的综合问题____ 18、
(2021·湖南宁远一中测试)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的离心率为2,焦点到渐近线的距离等于,过右焦点F2的直线l交双曲线于A、B两点,F1为左焦点.
(1)求双曲线的方程;
(2)若△F1AB的面积等于6,求直线l的方程.
[解] (1)依题意知,b=,=2⇒a=1,c=2,
∴双曲线的方程为x2-=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),
由(1)知F2(2,0).
易验证当直线l斜率不存在时不满足题意,故可设直线l:y=k(x-2),
由
消元得(k2-3)x2-4k2x+4k2+3=0,
∵直线l与双曲线有两个交点,∴ 19、k≠±,
x1+x2=,x1x2=,
y1-y2=k(x1-x2),
△F1AB的面积
S=c|y1-y2|=2|k|·|x1-x2|
=2|k|·
=12|k|·=6.
得k4+8k2-9=0,
则k=±1.
所以直线l的方程为y=x-2或y=-x+2.
[规律方法] 双曲线的综合问题主要为直线与双曲线的位置关系.解决这类问题的常用方法是设出直线方程或双曲线方程,然后把直线方程和双曲线方程组成方程组,消元后转化成关于x(或y)的一元二次方程,利用根与系数的关系及整体代入的思想解题.
4.(2021·铜陵模拟)若双曲线E:-y2=1(a>0)的离心率等于,直线y=kx 20、-1与双曲线E的右支交于A,B两点.
(1)求k的取值范围;
(2)若|AB|=6,求k的值.
解:(1)由,得
故双曲线E的方程为x2-y2=1.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
由
得(1-k2)x2+2kx-2=0.①
∵直线与双曲线右支交于A,B两点,
故
即
所以1<k<.
(2)由①得x1+x2=,x1x2=,
∴|AB|=·
=2=6,
整理得28k4-55k2+25=0,
∴k2=或k2=.
又1<k<,
∴k=.
方法思想——方程思想在求离心率中的应用
设双曲线的一个焦点为F,虚轴的一个端点为B,假如直线F 21、B与该双曲线的一条渐近线垂直,那么此双曲线的离心率为( )
A. B.
C. D.
[解析] 设双曲线方程为-=1(a>0,b>0),不妨设一个焦点为F(c,0),虚轴端点为B(0,b),则kFB=-.又渐近线的斜率为±,所以由直线垂直关系得(-)·=-1(-明显不符合),即b2=ac,又c2-a2=b2,所以c2-a2=ac,两边同除以a2,整理得e2-e-1=0,解得e=或e=(舍去).
[答案] D
[名师点评] (1)本题利用方程思想,将已知条件转化为关于a,c的方程,然后求出离心率e.
(2)求解椭圆、双曲线的离心率或离心率的取值范围的方法通常是依据条 22、件列出关于a,c的齐次方程或不等式,然后再转化成关于e的方程或不等式求解.
已知点F是双曲线-=1(a>0,b>0)的左焦点,点E是该双曲线的右顶点,过F且垂直于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________.
解析:依据对称性,只要∠AEF<即可.由题意,知F(-c,0),直线AB的方程为x=-c,将x=-c代入双曲线方程,得y2=,取点A(-c,),则|AF|=,|EF|=a+c,只要|AF|<|EF|就能使∠AEF<,即1,故 23、1 24、2-9=7,∴a=4.
3.(2022·高考课标全国卷Ⅰ)已知F为双曲线C:x2-my2=3m(m>0)的一个焦点,则点F到C的一条渐近线的距离为( )
A. B.3
C.m D.3m
解析:选A.双曲线C的标准方程为-=1(m>0),其渐近线方程为y=± x=±x,即y=±x,不妨选取右焦点F(,0)到其中一条渐近线x-y=0的距离求解,得d==.
4.(2021·河南开封模拟)设F1,F2分别为双曲线-=1(a>0,b>0)的左,右焦点.若在双曲线右支上存在点P,满足|PF2|=|F1F2|,且F2到直线PF1的距离等于双曲线的实轴长,则该双曲线的离心率为( )
A 25、 B.
C. D.
解析:选B.易知|PF2|=|F1F2|=2c,所以由双曲线的定义知|PF1|=2a+2c,由于F2到直线PF1的距离等于双曲线的实轴长,所以(a+c)2+(2a)2=(2c)2,即3c2-2ac-5a2=0,两边同除以a2,得3e2-2e-5=0,解得e=或e=-1(舍去).
5.(2021·兰州市、张掖市高三联考)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1、F2,以|F1F2|为直径的圆与双曲线渐近线的一个交点为(3,4),则此双曲线的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
解析:选C.由题意知,圆的半 26、径为5,又点(3,4)在经过第一、三象限的渐近线y=x上,因此有,
解得,所以此双曲线的方程为-=1.
6.已知双曲线-=1的右焦点的坐标为(,0),则该双曲线的渐近线方程为________.
解析:依题意知()2=9+a,所以a=4,
故双曲线方程为-=1,
则渐近线方程为±=0.
即2x±3y=0.
答案:2x+3y=0或2x-3y=0
7.(2021·浙江六市六校联盟模拟)如图所示,已知双曲线以长方形ABCD的顶点A,B为左、右焦点,且双曲线过C,D两顶点.若AB=4,BC=3,则此双曲线的标准方程为________.
解析:设双曲线的标准方程为-=1(a>0,b> 27、0).由题意得B(2,0),C(2,3),
∴解得
∴双曲线的标准方程为x2-=1.
答案:x2-=1
8.(2021·武汉模拟)已知F1,F2分别是双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,P为双曲线右支上的任意一点.若=8a,则双曲线的离心率e的取值范围是________.
解析:设|PF2|=y,则(y+2a)2=8ay⇒(y-2a)2=0⇒y=2a≥c-a⇒e=≤3.
答案:(1,3]
9.已知双曲线关于两坐标轴对称,且与圆x2+y2=10相交于点P(3,-1),若此圆过点P的切线与双曲线的一条渐近线平行,求此双曲线的方程.
解:切点为P(3,-1)的圆x2+y2=1 28、0的切线方程是3x-y=10.
∵双曲线的一条渐近线与此切线平行,且双曲线关于两坐标轴对称,
∴两渐近线方程为3x±y=0.
设所求双曲线方程为9x2-y2=λ(λ≠0).
∵点P(3,-1)在双曲线上,代入上式可得λ=80,
∴所求的双曲线方程为-=1.
10.已知离心率为的椭圆的中心在原点,焦点在x轴上,双曲线以椭圆的长轴为实轴,短轴为虚轴,且焦距为2.
(1)求椭圆及双曲线的方程;
(2)设椭圆的左、右顶点分别为A、B,在其次象限内取双曲线上一点P,连结BP交椭圆于点M,连结PA并延长交椭圆于点N,若=,求四边形ANBM的面积.
解:(1)设椭圆方程为+=1(a>b>0 29、),则依据题意知双曲线的方程为-=1且满足
解方程组得
∴椭圆的方程为+=1,双曲线的方程为-=1.
(2)由(1)得A(-5,0),B(5,0),|AB|=10,设M(x0,y0),则由=,得M为BP的中点,所以P点坐标为(2x0-5,2y0).
将M、P坐标代入椭圆和双曲线方程,
得
消去y0,得2x-5x0-25=0.
解得x0=-或x0=5(舍去).
∴y0=.由此可得M(-,),
∴P(-10,3).
则直线PA的方程是y=-(x+5),
代入+=1,得2x2+15x+25=0.
解得x=-或x=-5(舍去),
∴xN=-,则xN=xM,所以MN⊥x轴.
30、∴S四边形ANBM=2S△AMB=2××10×=15.
1.(2021·唐山市高三班级统考)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的焦点为F1,F2,且C上点P满足·=0,||=3,||=4,则双曲线C的离心率为( )
A. B.
C. D.5
解析:选D.依题意得,2a=|PF2|-|PF1|=1,|F1F2|==5,因此该双曲线的离心率e==5.
2.(2021·山西阳泉高三第一次诊断)已知F1、F2分别为双曲线C:x2-y2=1的左、右焦点,点P在双曲线C上,且∠F1PF2=60°,则|PF1|·|PF2|等于( )
A.2 B.4
C.6 D.8
31、
解析:选B.由题意知a=1,b=1,c=,
∴|F1F2|=2,
在△PF1F2中,由余弦定理得
|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos 60°
=|F1F2|2=8,
即|PF1|2+|PF2|2-|PF1||PF2|=8,①
由双曲线定义得||PF1|-|PF2||=2a=2,两边平方得
|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|=4,②
①-②得|PF1||PF2|=4.
3.(2021·浙江杭州调研)双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1和F2,左、右顶点分别为A1和A2,过焦点F2与x轴垂直的直线和双曲线的一个交点为P,若| 32、是||和||的等比中项,则该双曲线的离心率为________.
解析:由题意可知||2=||×||,即+(a+c)2=2c(a+c),化简可得a2=b2,则e====.
答案:
4.已知c是双曲线-=1(a>0,b>0)的半焦距,则的取值范围是________.
解析:==-e=-,由于e>1,且函数f(e)=-在(1,+∞)上是增函数,那么的取值范围是(-1,0).
答案:(-1,0)
5.(2021·湛江模拟)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的右焦点为F(c,0).
(1)若双曲线的一条渐近线方程为y=x且c=2,求双曲线的方程;
(2)以原点O为圆心,c为半径作圆,该 33、圆与双曲线在第一象限的交点为A,过A作圆的切线,斜率为-,求双曲线的离心率.
解:(1)∵双曲线的渐近线方程为y=±x,∴a=b,
∴c2=a2+b2=2a2=4,
∴a2=b2=2,
∴双曲线方程为-=1.
(2)设点A的坐标为(x0,y0),
∴直线AO的斜率满足·(-)=-1,
∴x0=y0,①
依题意,圆的方程为x2+y2=c2,
将①代入圆的方程得3y+y=c2,即y0=c,
∴x0=c,
∴点A的坐标为(c,c),
代入双曲线方程得-=1,
即b2c2-a2c2=a2b2,②
又∵a2+b2=c2,
∴将b2=c2-a2代入②式,整理得
c4-2a2 34、c2+a4=0,
∴3()4-8()2+4=0,
∴(3e2-2)(e2-2)=0,
∵e>1,∴e=,
∴双曲线的离心率为.
6.(选做题)直线l:y=(x-2)和双曲线C:-=1(a>0,b>0)交于A,B两点,且|AB|=,又l关于直线l1:y=x对称的直线l2与x轴平行.
(1)求双曲线C的离心率e;
(2)求双曲线C的方程.
解:(1)设双曲线C:-=1过一、三象限的渐近线l1:-=0的倾斜角为α.
由于l和l2关于l1对称,记它们的交点为P,l与x轴的交点为M.
而l2与x轴平行,记l2与y轴的交点为Q.
依题意有∠QPO=∠POM=∠OPM=α.
又l:y=(x-2)的倾斜角为60°,则2α=60°,
所以tan 30°==.
于是e2==1+=1+=,
所以e=.
(2)由于=,于是设双曲线方程为-=1(k≠0),
即x2-3y2=3k2.
将y=(x-2)代入x2-3y2=3k2中,
得x2-3×3(x-2)2=3k2.
化简得到8x2-36x+36+3k2=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则|AB|=|x1-x2|=2
=2×==,
解得k2=1.
故所求双曲线C的方程为-y2=1.






