2021新高二新高考数学选择性必修一第三章3.2.1双曲线及其标准方程第1课时双曲线及其标准方程

发布于 2021-11-30 10:39 ,所属分类:高考数学学习资料大全

2021新高二新高考数学选择性必修一

第三章§3.2.1双曲线及其标准方程

第1课时双曲线及其标准方程

§3.2 双曲线

3.2.1 双曲线及其标准方程

第1课时 双曲线及其标准方程

学习目标1.了解双曲线的定义、几何图形和标准方程的推导过程.2.掌握双曲线的标准方程及其求法.

导语

我们知道,平面内与两个定点F1,F2的距离的和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹是椭圆.那么,与两个定点的距离的差等于常数的点的轨迹是什么呢?

一、双曲线的定义

问题1如图,在直线l上取两个定点A,B,P是直线l上的动点.在平面内,取定点F1,F2,以点F1为圆心、线段PA为半径作圆,再以F2为圆心、线段PB为半径作圆.我们知道,当点P在线段AB上运动时,如果|F1F2|<|AB|,那么两圆相交,其交点M的轨迹是椭圆;如果|F1F2|>|AB|,两圆不相交,不存在交点轨迹.


如图,在|F1F2|>|AB|的条件下,让P点在线段AB外运动,这时动点M满足什么几何条件?


提示 如题图,曲线上的点满足条件:|MF1|-|MF2|=常数.

知识梳理

一般地,把平面内与两个定点F1,F2的距离的差的绝对值等于非零常数(小于|F1F2|)的点的轨迹叫做双曲线.这两个定点叫做双曲线的焦点,两焦点间的距离叫做双曲线的焦距.

注意点:

(1)常数要小于两个定点的距离.

(2)如果没有绝对值,点的轨迹表示双曲线的一支.

(3)当2a=|F1F2|时,动点的轨迹是以F1,F2为端点的两条方向相反的射线(包括端点).

(4)当2a>|F1F2|时,动点的轨迹不存在.

(5)当2a=0时,动点轨迹为线段F1F2的垂直平分线.

例1已知A(0,-5),B(0,5),|PA|-|PB|=2a,当a=3或5时,P点的轨迹为()

A.双曲线或一条直线

B.双曲线或两条直线

C.双曲线一支或一条直线

D.双曲线一支或一条射线

答案 D

解析 当a=3时,2a=6,此时|AB|=10,

∴点P的轨迹为双曲线的一支(靠近点B).

当a=5时,2a=10,此时|AB|=10,

∴点P的轨迹为射线,且是以B为端点的一条射线.

反思感悟 判断点的轨迹是否为双曲线时,要根据双曲线的定义成立的充要条件.

跟踪训练1已知F1(-8,3),F2(2,3),动点P满足|PF1|-|PF2|=10,则P点的轨迹是()

A.双曲线 B.双曲线的一支

C.直线 D.一条射线

答案 D

解析 F1,F2是定点,且|F1F2|=10,所以满足条件|PF1|-|PF2|=10的点P的轨迹应为一条射线.

二、双曲线的标准方程及其推导过程

问题2类比求椭圆标准方程的过程.如何建立适当的坐标系,求出双曲线的标准方程?

提示 观察我们画出的双曲线,发现它也具有对称性,而且直线F1F2是它的一条对称轴,所以以F1,F2所在直线为x轴,线段F1F2的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系Oxy,


此时双曲线的焦点分别为F1(-c,0),F2 (c,0),焦距为2c,c>0.

设P(x,y)是双曲线上一点,则

||PF1|-|PF2||=2a(a为大于0的常数),

因为|PF1|=,|PF2|=,

所以-=±2a,①

类比椭圆标准方程的化简过程,化简①,得(c2-a2)x2-a2y2=a2(c2-a2),两边同除以a2(c2-a2),得-=1.

由双曲线的定义知,2c>2a,即c>a,所以c2-a2>0,类比椭圆标准方程的建立过程,令b2=c2-a2,其中b>0,代入上式,得-=1(a>0,b>0).

问题3设双曲线的焦点为 F1和F2,焦距为2c,而且双曲线上的动点P满足||PF1|-|PF2||=2a,其中c>a>0 ,以F1,F2所在直线为y轴,线段F1F2的垂直平分线为x轴,建立平面直角坐标系,如图所示,此时,双曲线的标准方程是什么?


提示 -=1(a>0,b>0).

知识梳理

双曲线的标准方程

焦点位置

焦点在x轴上

焦点在y轴上

图形



标准方程

-=1(a>0,b>0)

-=1(a>0,b>0)

焦点

F1(-c,0),F2(c,0)

F1(0,-c),F2(0,c)

a,b,c的关系

b2=c2-a2

注意点:

(1)若x2项的系数为正,则焦点在x轴上;若y2项的系数为正,那么焦点在y轴上.

(2)a与b没有大小关系.

(3)a,b,c的关系满足c2=a2+b2.

例2(1)以椭圆+=1长轴的端点为焦点,且经过点(3,)的双曲线的标准方程为________.

答案 -=1

解析 由题意得,双曲线的焦点在x轴上,且c=2.

设双曲线的标准方程为-=1(a>0,b>0),

则有a2+b2=c2=8,-=1,

解得a2=3,b2=5.

故所求双曲线的标准方程为-=1.

(2)求过点P,Q且焦点在坐标轴上的双曲线的标准方程.

解 设双曲线的方程为Ax2+By2=1,AB<0.

因为点P,Q在双曲线上,

则解得

故双曲线的标准方程为-=1.

反思感悟 双曲线的标准方程

(1)用待定系数法求双曲线的标准方程时,若焦点位置不确定,可按焦点在x轴和y轴上两种情况讨论求解.

(2)当mn<0时,方程+=1表示双曲线.

跟踪训练2焦点在x轴上,经过点P(4,-2)和点Q(2,2)的双曲线的标准方程为________.

答案 -=1

解析 设双曲线方程为-=1(a>0,b>0),

将点(4,-2)和(2,2)代入方程得

解得a2=8,b2=4,

所以双曲线的标准方程为-=1.

三、双曲线定义的简单应用

例3(1)若双曲线E:-=1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.11B.9 C.5 D.3

答案 B

解析 由题意得||PF1|-|PF2||=6,

∴|PF2|=|PF1|±6,∴|PF2|=9或-3(舍去),故选B.

(2)已知双曲线-=1的左、右焦点分别是F1,F2.若双曲线上一点P使得∠F1PF2=60°,求△F1PF2的面积.

解 由-=1得,a=3,b=4,c=5.

由双曲线的定义和余弦定理得|PF1|-|PF2|=±6,

|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos 60°,

所以102=(|PF1|-|PF2|)2+|PF1|·|PF2|,

所以|PF1|·|PF2|=64,

所以=|PF1|·|PF2|·sin ∠F1PF2

=×64×=16.

反思感悟 双曲线的定义的应用

(1)已知双曲线上一点的坐标,可以求得该点到某一焦点的距离,进而根据定义求该点到另一焦点的距离.

(2)双曲线中与焦点三角形有关的问题可以根据定义结合余弦定理、勾股定理或三角形面积公式等知识进行运算,在运算中要注意整体思想和一些变形技巧的灵活运用.

跟踪训练3设F1,F2分别是双曲线x2-=1的左、右焦点,P是双曲线上的一点,且3|PF1|=4|PF2|,则△PF1F2的面积等于()

A.4 B.8 C.24 D.48

答案 C

解析 由解得|PF1|=8,|PF2|=6.

在△PF1F2中,|PF1|=8,|PF2|=6,|F1F2|=10,

∴△PF1F2为直角三角形,

∴=|PF1||PF2|=24.


1.知识清单:

(1)双曲线的定义.

(2)双曲线的标准方程及其推导过程.

(3)双曲线定义的简单应用.

2.方法归纳:待定系数法、分类讨论.

3.常见误区:双曲线焦点位置的判断,忽略双曲线成立的必要条件.


1.已知点P(x,y)的坐标满足-=±,则动点P的轨迹是()

A.椭圆 B.双曲线

C.两条射线 D.双曲线的一支

答案 B

解析 设A(1,0),B(-1,0),

则由已知得||PA-|PB||=,即动点P到两个定点A,B的距离之差的绝对值等于常数,又|AB|=2,且<2,所以根据双曲线的定义知,动点P的轨迹是双曲线.

2.方程-=1表示双曲线,则m的取值范围是()

A.-2<m<2 B.m>0

C.m≥0 D.|m|≥2

答案 A

解析 ∵已知方程表示双曲线,∴(2+m)(2-m)>0.

∴-2<m<2.

3.若椭圆+=1与双曲线-=1有相同的焦点,则a的值为()

A.1 B.1或-2

C.1或 D.

答案 A

解析 由题意知解得a=1.

4.已知双曲线的焦点分别为F1(0,-3),F2(0,3),P是双曲线上一点且||PF1|-|PF2||=4,则双曲线的标准方程为()

A.-=1 B.-=1

C.-=1 D.-=1

答案 C

解析 由双曲线的定义可得c=3,2a=4,即a=2,b2=c2-a2=9-4=5,且焦点在y轴上,所以双曲线的方程为-=1.

课时对点练


1.双曲线C的两焦点分别为(-6,0),(6,0),且经过点(-5,2),则双曲线的标准方程为()

A.-=1 B.-=1

C.-=1 D.-=1

答案 B

解析 2a=|-|=4,

所以a=2,

又c=6,

所以b2=c2-a2=36-20=16.

所以双曲线的标准方程为-=1.

2.已知方程+=1表示双曲线,则m的取值范围是()

A.(-1,+∞) B.(2,+∞)

C.(-∞,-1)∪(2,+∞) D.(-1,2)

答案 D

解析 ∵方程+=1表示双曲线,

∴(m-2)(m+1)<0,

解得-1<m<2,

∴m的取值范围是(-1,2).

3.若双曲线方程为x2-2y2=1,则它的右焦点坐标为()

A. B.

C. D.(,0)

答案 B

解析 将双曲线方程化为标准方程为x2-=1,

∴a2=1,b2=,

∴c2=a2+b2=,

∴c=,

故右焦点坐标为.

4.(多选)双曲线-=1上的点到一个焦点的距离为12,则到另一个焦点的距离为()

A.17B.7 C.22 D.2

答案 CD

解析 设双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2,

则a=5,b=3,c=,

设P为双曲线上一点,不妨令|PF1|=12(12>a+c=5+),

∴点P可能在左支,也可能在右支,

由||PF1|-|PF2||=2a=10,

得|12-|PF2||=10,

∴|PF2|=22或2.

∴点P到另一个焦点的距离是22或2.

5.已知双曲线-=1(a>0,b>0),F1,F2为其两个焦点,若过焦点F1的直线与双曲线的同一支相交,且所得弦长|AB|=m,则△ABF2的周长为()

A.4a B.4a-m

C.4a+2m D.4a-2m

答案 C

解析 不妨设|AF2|>|AF1|,

由双曲线的定义,知|AF2|-|AF1|=2a,|BF2|-|BF1|=2a,

所以|AF2|+|BF2|=(|AF1|+|BF1|)+4a=m+4a,

于是△ABF2的周长l=|AF2|+|BF2|+|AB|=4a+2m.

6.已知双曲线-=1上一点P到左焦点F1的距离为10,则PF1的中点N到坐标原点O的距离为()

A.3或7 B.6或14

C.3 D.7

答案 A

解析 设F2是双曲线的右焦点,

连接ON(图略),ON是△PF1F2的中位线,

∴|ON|=|PF2|,

∵||PF1|-|PF2||=4,|PF1|=10,

∴|PF2|=14或6,

∴|ON|=|PF2|=7或3.

7.焦点在x轴上的双曲线经过点P(4,-3),且Q(0,5)与两焦点的连线互相垂直,则此双曲线的标准方程为________.

答案 -=1

解析 设焦点为F1(-c,0),F2(c,0)(c>0),

则由QF1⊥QF2,得=-1,

∴·=-1,∴c=5.

设双曲线方程为-=1(a>0,b>0),

∵双曲线过点P(4,-3),

∴-=1,

又∵c2=a2+b2=25,

∴a2=16,b2=9.

∴双曲线的标准方程为-=1.

8.设F1,F2分别是双曲线x2-=1的左、右焦点.若P在双曲线上,且·=0,则|+|的值为________.

答案 2

解析 由题意,知双曲线两个焦点的坐标分别为

F1(-,0),F2(,0).

设点P(x,y),

则=(--x,-y),=(-x,-y).

∵·=0,

∴x2+y2-10=0,即x2+y2=10.

∴|+|===2.

9.在周长为48的Rt△MPN中,∠MPN=90°,tan∠PMN=,求以M,N为焦点,且过点P的双曲线方程.

解 因为△MPN的周长为48,且tan∠PMN=,

所以设|PN|=3k,|PM|=4k,则|MN|=5k.

由3k+4k+5k=48,得k=4.

所以|PN|=12,|PM|=16,|MN|=20.

以MN所在直线为x轴,以MN的中点为原点建立直角坐标系,如图所示.


设所求双曲线方程为-=1(a>0,b>0).

由|PM|-|PN|=4,

得2a=4,a=2,a2=4.

由|MN|=20,得2c=20,c=10,c2=100,

所以b2=c2-a2=100-4=96,

故所求方程为-=1(x>2).

10.如图,若F1,F2是双曲线-=1的两个焦点.


(1)若双曲线上一点M到它的一个焦点的距离等于16,求点M到另一个焦点的距离;

(2)若P是双曲线左支上的点,且|PF1|·|PF2|=32,试求△F1PF2的面积.

解 (1)F1,F2是双曲线-=1的两个焦点,

则a=3,b=4,c=5,

设点M到另一个焦点的距离为m,

由双曲线定义可知|m-16|=2a=6,

解得m=10或m=22,

即点M到另一个焦点的距离为10或22.

(2)P是双曲线左支上的点,|PF2|-|PF1|=2a=6,

则|PF2|2-2|PF1|·|PF2|+|PF1|2=36,

代入|PF1|·|PF2|=32,

可得|PF1|2+|PF2|2=36+2×32=100,

即|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2=100,

所以△F1PF2为直角三角形,

所以=|PF1|·|PF2|=×32=16.


11.设椭圆+=1和双曲线-y2=1的公共焦点为F1,F2,P是两曲线的一个公共点,则cos∠F1PF2等于()

A. B.

C. D.

答案 B

解析 设|PF1|=d1,|PF2|=d2,

则d1+d2=2,①

|d1-d2|=2,②

①2+②2,得d+d=18.

①2-②2,得2d1d2=6.

而c=2,

∴cos∠F1PF2=.

12.双曲线x2-y2=1的左、右焦点分别为F1,F2,双曲线上的点P满足∠F1PF2=60°,则|PF1|·|PF2|等于()

A.1B.4 C.7 D.9

答案 B

解析 在双曲线x2-y2=1中,a=b=1,c=,

设P在右支上,

则|PF1|-|PF2|=2a=2,

∵∠F1PF2=60°,

在△PF1F2中,由余弦定理可得|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos 60°

=(|PF1|-|PF2|)2+2|PF1||PF2|-|PF1||PF2|,

即4c2=4a2+|PF1|·|PF2|,

即|PF1|·|PF2∣=4c2-4a2=4b2=4.

13.动圆与圆x2+y2=1和x2+y2-8x+12=0都外切,则动圆圆心的轨迹是()

A.双曲线的一支 B.圆

C.椭圆 D.双曲线

答案 A

解析 设动圆的圆心为M,半径为r,圆x2+y2=1与x2+y2-8x+12=0的圆心分别为O1和O2,半径分别为1和2,

由两圆外切的充要条件,得

|MO1|=r+1,|MO2|=r+2.

∴|MO2|-|MO1|=1,

又|O1O2|=4,

∴动点M的轨迹是双曲线的一支(靠近O1).

14.(多选)已知点P在双曲线C:-=1上,F1,F2是双曲线C的左、右焦点,若△PF1F2的面积为20,则下列说法正确的有()

A.点P到x轴的距离为

B.|PF1|+|PF2|=

C.△PF1F2为钝角三角形

D.∠F1PF2=

答案 BC

解析 因为双曲线C:-=1,所以c==5.又因为=·2c|yP|=·10·|yP|=20,所以|yP|=4,所以选项A错误;

将|yP|=4代入C:-=1得-=1,即|xP|=.由对称性,不妨取P的坐标为,可知|PF2|==.由双曲线定义可知|PF1|=|PF2|+2a=+8=,所以|PF1|+|PF2|=+=,所以选项B正确;

由对称性,对于点P,在△PF1F2中,|PF1|=>2c=10>|PF2|=.且cos∠PF2F1==-<0,则∠PF2F1为钝角,所以△PF1F2为钝角三角形,选项C正确;

由余弦定理得

cos∠F1PF2==≠,∠F1PF2≠,所以选项D错误.


15.已知P为双曲线-=1右支上一点,F1,F2分别为双曲线的左、右焦点,M为△PF1F2的内心.若,则△MF1F2的面积为()

A.2 B.10 C.8 D.6

答案B

解析 设△PF1F2的内切圆的半径为R,

由双曲线的标准方程可知a=4,b=3,c=5.

因为,

所以(|PF1|-|PF2|)R=8,即aR=8,

所以R=2,

所以=·2c·R=10.

16.如图所示,已知双曲线-=1(a>0,b>0)中,c=2a,F1,F2为左、右焦点,P为双曲线上的点,∠F1PF2=60°,=12,求双曲线的标准方程.


解 由题意得||PF1|-|PF2||=2a,

在△F1PF2中,由余弦定理得

cos 60°=

=,

∴|PF1|·|PF2|=4(c2-a2)=4b2.

∴=|PF1||PF2|·sin 60°=2b2·=b2.

∴b2=12,b2=12.

由c=2a,c2=a2+b2,得a2=4.

∴双曲线的标准方程为-=1.

.



1

去年发了一年的资料就不再同步更新链接了,公号历史记录里都能看,QQ群里也都能下载,不想回翻历史记录也没关系,年年有新题,年年有新卷,接下来会同步更新新版内容的。下面的链接是历史推送里的经典资料,和一些值得一看的内容,以及同步更新的。

2

在gongzhong号对话页面菜单栏里找到这些内容:

3

下面的专题可以直接点击:

【真题专区】2011-2021高考真题240套(解析全)

【新高一】新高一数学课件PPT及解析(更新中)

【新高二】新高二数学课件PPT及解析(更新中)

【2022高三】2022高三一轮二轮(更新中)

【专题二区】数不清的数学专题(同步更新中)

【试卷三区】高考真题、笔者所在地最新模卷

收藏及下载说明
本号所有内容的PPT/word版本已经打包发到QQ群:1059198154(学习沟通群,付费进群,群内资料持续更新(包括但不限于每日推送内容,永久免费下载,本gongzhong号所发布的全部历史内容均已经上传),进群请点击左下方 :,或长按下方ErWeiMa加好友。
佛曰:经不可轻传,亦不可以空取,本号建立的初衷不过是能汇集一群热爱数学,钻研数学的志同道合的朋友,知识无价朋友珍贵,入群付费这个完全只是一个小小的的门槛而已。我们欢迎每一位真心坦诚的朋友。

仰望星空
风里雨里,干货不息,数学研讨,我们是专业认真的

相关资源