资源简介 中小学教育资源及组卷应用平台 3.2.1双曲线及其标准方程 要点一 双曲线的定义 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. 【方法技巧】 要注意定义中的限制条件:“小于|F1F2|”“绝对值”“非零”. (1)若将“小于|F1F2|”改为“等于|F1F2|”,其余条件不变,此时动点的轨迹是以F1,F2为端点的两条射线(包括端点).若将其改为“大于|F1F2|”,其余条件不变,此时动点轨迹不存在. (2)若将绝对值去掉,其余条件不变,则动点的轨迹是双曲线的一支. (3)若将“等于非零常数”改为“等于零”,则此时动点的轨迹是线段F1F2的垂直平分线. 要点二 双曲线的标准方程 焦点在x轴上 焦点在y轴上 标准方程 -=1(a>0,b>0) -=1(a>0,b>0) 图形 焦点坐标 F1(-c,0)F2(c,0) F1(0,-c),F2(0,c) a,b,c的关系 c2= 【方法技巧】 (1)标准方程中的两个参数a和b确定了双曲线的形状和大小,是双曲线的定形条件. (2)焦点F1,F2的位置是双曲线的定位条件,它决定了双曲线标准方程的类型.“焦点跟着正项走”,即若x2的系数为正,则焦点在x轴上;若y2的系数为正,则焦点在y轴上. (3)在双曲线的标准方程中,因为a,b,c三个量满足c2=a2+b2,所以长度分别为a,b,c的三条线段恰好构成一个直角三角形,且长度为c的线段是斜边,如图所示. 【答疑解惑】 教材P121探究 设M(x,y),则kAM=(x≠-5),kBM=(x≠5). 由题意,知kAM·kBM=,即·=(x≠±5). 化简、整理,得-=1(x≠±5) 因此,点M的轨迹是焦点在x轴上的双曲线(除A,B两点外).与3.1节例3比较可以发现,一个动点M与两个定点F1(-a,0),F2(a,0)(a>0)连线的斜率之积为一个常数k,则当k=时,轨迹为双曲线(除F1,F2两点外),方程为-=1(x≠±a); 当k=-(a2≠b2)时,轨迹为椭圆(除F1,F2两点外),方程为+=1(x≠±a); 当k=-1时,轨迹为圆(除F1,F2两点外),方程为x2+y2=a2(x≠±a). 【基础自测】 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)平面内到两定点的距离的差等于常数(小于两定点间距离)的点的轨迹是双曲线.( ) (2)双曲线标准方程中的两个参数a和b确定了双曲线的形状和大小,是双曲线的定形条件.( ) (3)双曲线的焦点F1,F2的位置是双曲线的定位条件,它决定了双曲线标准方程的类型.( ) (4)点P到两定点F1(-2,0),F2(2,0)的距离之差为6,则点P的轨迹为双曲线的一支.( ) 【答案】(1)×(2)√(3)√(4)× 2.动点P到点M(1,0)的距离与点N(3,0)的距离之差为2,则点P的轨迹是( ) A.双曲线 B.双曲线的一支 C.两条射线 D.一条射线 【答案】D 【解析】由已知|PM|-|PN|=2=|MN|,所以点P的轨迹是一条以N为端点的射线NP.故选D. 3.已知双曲线的a=5,c=7,则该双曲线的标准方程为( ) A.-=1 B.-=1 C.-=1或-=1 D.-=0或-=0 【答案】C 【解析】b2=c2-a2=72-52=24,故选C. 4.已知双曲线-=1的两个焦点分别为F1,F2,若双曲线上的点P到点F1的距离为12,则点P到点F2的距离为________. 【答案】22或2 【解析】设F1为左焦点,F2为右焦点,当点P在双曲线左支上时,|PF2|-|PF1|=10,则|PF2|=22;当点P在双曲线右支上时,|PF1|-|PF2|=10,则|PF2|=2. 题型一 求双曲线的标准方程 【例1】根据下列条件,求双曲线的标准方程. (1)a=4,经过点A(1,-); (2)与双曲线-=1有相同的焦点,且经过点(3,2); (3)过点P(3,),Q(-,5)且焦点在坐标轴上. 【解析】(1)当焦点在x轴上时,设所求标准方程为-=1(b>0),把点A的坐标代入,得b2=-×<0,不符合题意;当焦点在y轴上时,设所求标准方程为-=1(b>0),把A点的坐标代入,得b2=9.故所求双曲线的标准方程为-=1. (2)法一:∵焦点相同, ∴设所求双曲线的标准方程为-=1(a>0,b>0), ∴c2=16+4=20,即a2+b2=20.① ∵双曲线经过点(3,2),∴-=1.② 由①②得a2=12,b2=8,∴双曲线的标准方程为-=1. 设所求双曲线的方程为-=1(-4<λ<16). ∵双曲线过点(3,2),∴-=1, 解得λ=4或λ=-14(舍去). ∴双曲线的标准方程为-=1. (3)设双曲线的方程为Ax2+By2=1,AB<0. ∵点P,Q在双曲线上,∴解得 ∴双曲线的标准方程为-=1. 【方法技巧】 求双曲线标准方程时有两个关注点. (1)定位:“定位”是指确定与坐标系的相对位置,即在“标准方程”的前提下,确定焦点位于哪条坐标轴上,以判断方程的形式. (2)定量:“定量”是指确定a2,b2的具体数值,常根据条件列方程求解. 求双曲线的标准方程的方法一般为待定系数法,求解步骤如下: 1.根据已知条件设出双曲线的标准方程; 2.利用已知条件确定a,b或a2,b2,注意双曲线定义的应用; 3.确定双曲线的标准方程. 特别地,若已知双曲线上两点的坐标,则双曲线的标准方程可能有两个,需分类讨论.也可直接设双曲线方程为Ax2+By2=1(AB<0),把所给点的坐标代入方程,解方程组可求出A,B的值,此种方法计算过程简单,也避免了分类讨论. 【变式训练】 1.(多选)与椭圆+y2=1有共同焦点的双曲线方程是( ) A.-y2=1 B.y2-=1 C.-y2=1 D.x2-=1 【答案】(1)CD 【解析】(1)因为椭圆+y2=1的焦点坐标为(-,0),(,0),A中的双曲线焦点坐标为(-,0),(,0),不符合; B中的双曲线焦点坐标为(0,-),(0,),不符合; C、D中的双曲线焦点坐标为(-,0),(,0),故选CD. 2.已知双曲线中心在坐标原点,且一个焦点为F1(-,0),点P位于该双曲线上,线段PF1的中点坐标为(0,2),则该双曲线的方程是( ) A.-y2=1 B.x2-=1 C.-=1 D.-=1 【答案】B 【解析】由双曲线的焦点可知c=,线段PF1的中点坐标为(0,2),所以设右焦点为F2,则有PF2⊥x轴,且PF2=4,点P在双曲线右支上.所以|PF1|===6,所以|PF1|-|PF2|=6-4=2=2a,所以a=1,b2=c2-a2=4,所以双曲线的方程为x2-=1,选B. 题型二 双曲线的标准方程及应用 【例2】(1)(多选)设θ∈(-,0)∪(,π),则关于x,y的方程+=1所表示的曲线可能是( ) A.焦点在y轴上的双曲线 B.焦点在x轴上的双曲线 C.焦点在y轴上的椭圆 D.焦点在x轴上的椭圆 【答案】(1)AB 【解析】(1)当θ∈时,sin θ<0,cos θ>0,则方程表示焦点在y轴上的双曲线,A正确. 当θ∈时,sin θ>0,cos θ<0,则方程表示的曲线是在x轴上的双曲线,B正确.故选AB. (2)已知双曲线方程为2x2-y2=k,焦距为6,则k的值为________. 【答案】(2)6或-6 【解析】(2)若焦点在x轴上,则方程可化为-=1,所以+k=32,解得k=6; 若焦点在y轴上,则方程可化为-=1,所以-k+=32,解得k=-6. 综上所述,k的值为6或-6. 【方法技巧】 给出方程+=1(mn≠0),并不能确定它所表示的曲线是不是双曲线,需要对参数m,n进行讨论,只有mn<0时,方程才表示双曲线,若则双曲线的焦点在x轴上;若则双曲线的焦点在y轴上. 【变式训练】 1.已知方程-=1对应的图形是双曲线,那么k的取值范围是( ) A.k>5 B.k>5或-22或k<-2 D.-2【答案】(1)B 【解析】(1)∵方程对应的图形是双曲线,∴(k-5)(|k|-2)>0.即或 解得k>5或-22.若方程+=1,k∈R表示焦点在x轴上的双曲线,则k的取值范围是( ) A.-3-2 D.k>-2 【答案】(2)A 【解析】(2)由题意知解得-3题型三 双曲线的定义及应用 探究1 与双曲线有关的动点的轨迹问题 【例3】如图(1),在△ABC中,已知|AB|=4,且三内角A,B,C满足2sin A+sin C=2sin B,建立适当的坐标系, 求顶点C的轨迹方程. 【分析】建系→由正弦定理得三角形边长关系→由双曲线的定义判断 【解析】以AB边所在的直线为x轴,AB的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系,如图(2)所示,则A(-2,0),B(2,0).由正弦定理,得sin A=,sin B=,sin C=(R为△ABC的外接圆半径). ∵2sin A+sin C=2sin B,∴2|BC|+|AB|=2|AC|,即|AC|-|BC|==2<|AB|. 由双曲线的定义知,点C的轨迹为双曲线的右支(除去与x轴的交点). 由题意,设所求轨迹方程为-=1(x>a), ∵a=,c=2,∴b2=c2-a2=6. 即所求轨迹方程为-=1(x>). 【方法技巧】 与双曲线有关的轨迹问题的解题思路和注意点 求解与双曲线有关的点的轨迹问题,常见的方法有两种: 列出等量关系,化简得到方程; (2)寻找几何关系,结合双曲线的定义,得出对应的方程. 求解双曲线的轨迹问题时要特别注意: 双曲线的焦点所在的坐标轴; (2)检验所求的轨迹对应的是双曲线的一支还是两支. 探究2 焦点三角形问题 【例4】(1)已知F1,F2分别为双曲线C:x2-y2=1的左、右焦点,点P在C上,∠F1PF2=60°,则|PF1|·|PF2|=( ) A.2 B.4 C.6 D.8 (2)设点P在双曲线-=1上,F1,F2为双曲线的两个焦点,且|PF1|:|PF2|=1:3,则△F1PF2的周长等于________. 【答案】(1)B(2)22 【解析】(1)设|PF1|=m,|PF2|=n, 则∴ ∴mn=4,即|PF1|·|PF2|=4.故选B. (2)由题意知|F1F2|=2=10,||PF2|-|PF1||=6,又|PF1|:|PF2|=1:3,∴|PF1|=3,|PF2|=9,故△F1PF2的周长为3+9+10=22. 【方法技巧】 在解与焦点三角形(△PF1F2)有关的问题时,一般地,可由双曲线的定义,得|PF1|,|PF2|的关系式,或利用正弦定理、余弦定理,得|PF1|,|PF2|的关系式,从而求出|PF1|,|PF2|. 但是,一般我们不直接求解出|PF1|,|PF2|,而是根据需要,把|PF1|+|PF2|,|PF1|-|PF2|,|PF1|·|PF2|看作一个整体来处理. 探究3 与双曲线有关的最值问题 【例5】(1)已知F1,F2分别为双曲线-=1的左、右焦点,P(3,1)为双曲线内一点,点A在双曲线的右支上,则|AP|+|AF2|的最小值为( ) A.+4 B.-4 C.-2 D.+2 (2)P为双曲线x2-=1右支上一点,M,N分别是圆(x+4)2+y2=4和(x-4)2+y2=1上的点,则|PM|-|PN|的最大值为________. 【答案】(1)C (2)5 【解析】(1)因为|AP|+|AF2|=|AP|+|AF1|-2,所以要求|AP|+|AF2|的最小值,只需求|AP|+|AF1|的最小值.如图,连接F1P交双曲线的右支于点A0.当点A位于点A0处时,|AP|+|AF1|最小,最小值为|PF1|==.故|AP|+|AF2|的最小值为-2.故选C. (2)双曲线的两个焦点F1(-4,0),F2(4,0)分别为两圆的圆心,且两圆的半径分别为r1=2,r2=1,易知|PM|max=|PF1|+2,|PN|min=|PF2|-1,故|PM|-|PN|的最大值为|PF1|+2-(|PF2|-1)=|PF1|-|PF2|+3=2+3=5. 【方法技巧】 设双曲线方程为-=1(a>0,b>0),F1,F2分别为双曲线的左、右焦点,Q(x0,y0)为平面上一定点,M为双曲线右支上任意一点. (1)若定点Q(x0,y0)与双曲线右焦点F2在双曲线右支的同侧,则|MQ|+|MF2|的最小值是|QF1|-2a,最大值不存在; (2)若定点Q(x0,y0)与双曲线右焦点F2在双曲线右支的异侧,则|MQ|+|MF2|的最小值是|QF2|,最大值不存在. 【变式训练】 1.已知定点F1(-2,0),F2(2,0),在平面内满足下列条件的动点P的轨迹中为双曲线的是( ) A.|PF1|-|PF2|=±3 B.|PF1|-|PF2|=±4 C.|PF1|-|PF2|=±5 D.|PF1|2-|PF2|2=±4 【答案】A 【解析】|F1F2|=4,根据双曲线的定义知选A. 2.若点P是双曲线-=1上的一点,且∠F1PF2=60°,则△F1PF2的面积为________. 【答案】16 【解析】(2)由-=1,得a=3,b=4,c=5. 由定义和余弦定理得|PF1|-|PF2|=±6, |F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos 60°, ∴102=(|PF1|-|PF2|)2+|PF1|·|PF2|, ∴|PF1|·|PF2|=64, ∴S△F1PF2=|PF1|·|PF2|·sin ∠F1PF2=×64×=16. 3.已知定点A的坐标为(1,4),点F是双曲线-=1的左焦点,点P是双曲线右支上的动点,则|PF|+|PA|的最小值为________. 【答案】(3)9 【解析】(3)由双曲线的方程可知a=2,设右焦点为F1,则F1(4,0).|PF|-|PF1|=2a=4,即|PF|=|PF1|+4,所以|PF|+|PA|=|PF1|+|PA|+4≥|AF1|+4,当且仅当A,P,F1三点共线时取等号,此时|AF1|===5,所以|PF|+|PA|≥|AF1|+4=9,即|PF|+|PA|的最小值为9. 易错辨析 忽略双曲线上的点到焦点的距离最小值致错 【例6】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|=7,则|PF2|=________. 【答案】13 【解析】由双曲线定义得||PF1|-|PF2||=6, 即|7-|PF2||=6∴|PF2|=13或1 ∵|PF2|≥c-a=2,∴|PF2|=1舍去 【易错提醒】 易错原因 纠错心得 由双曲线定义求得错解|PF2|=1或13,原因忽略了|PF2|min=c-a=2 利用双曲线定义求|PF1|(或|PF2|)时,若有两解,一定要检验解是否满足|PF|≥c-a 1.(2021·南城县第二中学高二开学考试)下列选项中的曲线与-=1共焦点的双曲线是( ) A.-=2 B.-=1 C.-=1 D.-=1 【答案】D 【解析】与-=1共焦点的双曲线系方程为-=1(-12<λ<24),对比四个选项,只有D符合条件(此时λ=-2). 2.(2021·上海交大附中高二期中)设F1,F2分别是双曲线x2-=1的左、右焦点,若点P在双曲线上,且|PF1|=5,则|PF2|=( ) A.5 B.3 C.7 D.3或7 【答案】D 【解析】由双曲线的定义可知|PF1|-|PF2|=±2a,即5-|PF2|=±2,所以|PF2|=3或|PF2|=7.故选D. 3.(2021·福建高二期中)已知F1,F2为双曲线C:x2-y2=1的左、右焦点,点P在C上,∠F1PF2=60°,则|PF1|·|PF2|=( ) A.2 B.4 C.6 D.8 【答案】B 【解析】由双曲线的方程可知a=1,c=.设|PF1|=m,|PF2|=n, 则 ∴ ∴mn=4,即|PF1|·|PF2|=4. 4.(多选)(2021山东省济南外国语高二期中)已知方程+=1表示的曲线为C.给出以下四个判断正确的是( ) A.当1B.当t>4或t<1时, 曲线C表示双曲线 C.若曲线C表示焦点在x轴上的椭圆,则1D.若曲线C表示焦点在y轴上的双曲线,则t>4 【答案】BCD 【解析】A错误,当t=时,曲线C表示圆;B正确,若C为双曲线,则(4-t)(t-1)<0,∴t<1或t>4;C正确,若曲线C为焦点在x轴上的椭圆,则4-t>t-1>0,∴14. 5.(2021·马山县教师进修学校(马山县金伦中学)高二期末)已知双曲线的中心在坐标原点,且一个焦点为F1(-,0),点P在该双曲线上,线段PF1的中点坐标为(0,2),则该双曲线的标准方程为( ) A.-y2=1 B.x2-=1 C.-=1 D.-=1 【答案】B 【解析】设双曲线的标准方程为-=1(a>0,b>0),则c=,即a2+b2=5.① 设P(x,y),由线段PF1的中点坐标为(0,2), 可知得 即点P的坐标为(,4), 代入双曲线方程,得-=1.② 联立①②,得a2=1,b2=4, 即双曲线的标准方程为x2-=1.故选B. 6.(2019·黑龙江哈九中高二期中)设m是常数,若点F(0,5)是双曲线-=1的一个焦点,则m=________. 【答案】16 【解析】由点F(0,5)可知该双曲线-=1的焦点落在y轴上,所以m>0,且m+9=52,解得m=16. 7. (2021·重庆巴蜀中学高二期中)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____________. 【答案】x2-=1 【解析】设双曲线的标准方程为-=1(a>0,b>0).由题意得B(2,0),C(2,3), ∴解得 ∴双曲线的标准方程为x2-=1. 8.(2021·贵州贵阳一中高二月考)设点P在双曲线-=1上,F1,F2为双曲线的两个焦点,且|PF1|∶|PF2|=1∶3,则△F1PF2的周长等于________.cos∠F1PF2=________. 【答案】22 - 【解析】由题意知|F1F2|=2=10,||PF2|-|PF1||=6,又|PF1|∶|PF2|=1∶3,∴|PF1|=3,|PF2|=9,∴△F1PF2的周长为3+9+10=22.cos∠F1PF2===-. 9.(2021·重庆一中高二月考)求适合下列条件的双曲线的标准方程: (1)a=2,经过点A(2,-5),焦点在y轴上; (2)与椭圆+=1有共同的焦点,它们的一个交点的纵坐标为4. 【解析】(1)因为双曲线的焦点在y轴上, 所以可设双曲线的标准方程为-=1(a>0,b>0). 由题设知,a=2,且点A(2,-5)在双曲线上, 所以解得 故所求双曲线的标准方程为-=1. (2)椭圆+=1的两个焦点为F1(0,-3),F2(0,3),双曲线与椭圆的一个交点为(,4)(或(-,4)). 设双曲线的标准方程为-=1(a>0,b>0), 则解得 故所求双曲线的标准方程为-=1. 10.(2019·黑龙江伊春二中高二期末)在△ABC中,已知|AB|=4,内角A,B,C满足2sin A+sin C=2sin B,建立适当的平面直角坐标系,求顶点C的轨迹方程. 【解析】以AB边所在的直线为x轴,线段AB的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系,则A(-2,0),B(2,0).设△ABC的外接圆半径为R. 由正弦定理得sin∠CAB=,sin∠CBA=,sin C=. ∵2sin∠CAB+sin C=2sin∠CBA,∴2|CB|+|AB|=2|CA|, ∴|CA|-|CB|=|AB|=2<|AB|. 由双曲线的定义知,点C的轨迹为双曲线的右支. ∵a=,c=2,∴b2=c2-a2=6. ∴顶点C的轨迹方程为-=1(x>). 11.(2021·云南昆明市·昆明一中高三月考(理))在平面直角坐标系中,已知顶点和,点在双曲线的右支上,则( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】因为点在双曲线的右支上,且和为双曲线的两个焦点,所以; 又因为,所以由正弦定理得,故选:D. 12.(2021·重庆西南大学附中高二期中)设F1,F2是双曲线-y2=1的两个焦点,点P在双曲线上,当△F1PF2的面积为2时,·的值为( ) A.2 B.3 C.4 D.6 【答案】B 【解析】设点P(x0,y0),依题意得|F1F2|=2=4,S△PF1F2=|F1F2|·|y0|=2,∴|y0|=1.又-y=1,∴x=3(y+1)=6.∴·=(-2-x0,-y0)·(2-x0,-y0)=x+y-4=3. 13.(2021·河南高二期末)已知定点A(0,7),B(0,-7),C(12,2),以C为一个焦点作过A,B的椭圆,则另一个焦点F的轨迹是________________________. 【答案】以A,B为焦点的双曲线的下半支 【解析】∵A,B两点在以C,F为焦点的椭圆上, ∴|FA|+|CA|=2a,|FB|+|CB|=2a, ∴|FA|+|CA|=|FB|+|CB|, ∴|FA|-|FB|=|CB|-|CA|=-=2<|AB|=14, ∴点F的轨迹是以A,B为焦点的双曲线的下半支. 14.在①,且C的左支上任意一点到右焦点的距离的最小值为,②C的焦距为6,③C上一点到两焦点距离之差的绝对值为4.这三个条件中任选一个,补充在下面的问题中.问题:已知双曲线,_______,求C的方程. 注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分. 【解析】若选①,因为,所以,所以. 因为C的左支上任意一点到右焦点的距离的最小值为,所以, 解得,故C的方程为. 若选②,则. 若,则,所以, 解得,则C的方程为; 若,则,所以, 解得,则C的方程为. 选③,因为C上一点到两焦点距离之差的绝对值为4,所以,即. 若,则, 所以,解得,则C的方程为; 若,则,所以,解得,则C的方程为. 15. (2021·福建省武平县第一中学高二月考)如图,在以点O为圆心,|AB|=4为直径的半圆ADB中,OD⊥AB,P是半圆弧上一点,∠POB=30°,曲线C是满足||MA|-|MB||为定值的动点M的轨迹,且曲线C过点P.建立适当的平面直角坐标系,求曲线C的方程. 【解析】法一:以O为原点,AB,OD所在直线分别为x轴,y轴,建立平面直角坐标系,如图所示,则A(-2,0),B(2,0),D(0,2),P(,1),依题意得||MA|-|MB||=|PA|-|PB|=- =2<|AB|=4. ∴曲线C是以A,B为焦点的双曲线. 则c=2,2a=2,∴a2=2,b2=c2-a2=2. 故曲线C的方程为-=1. 法二:同法一建立平面直角坐标系,则依题意可得||MA|-|MB||=|PA|-|PB|<|AB|=4. ∴曲线C是以A,B为焦点的双曲线. 设双曲线的方程为-=1(a>0,b>0),则有解得 故曲线C的方程为-=1. _21?????????è?????(www.21cnjy.com)_ 展开更多...... 收起↑ 资源预览