第九章 第8练 直线与双曲线的位置关系 同步练习(含详解)2026届高中数学一轮复习

资源下载
  1. 二一教育资源

第九章 第8练 直线与双曲线的位置关系 同步练习(含详解)2026届高中数学一轮复习

资源简介

数学
第8练 直线与双曲线的位置关系(原卷版)
一、单项选择题
1.已知双曲线-=1的左焦点为F1,过F1的直线l交双曲线左支于A,B两点,则直线l的斜率的取值范围为(  )
A.
B.∪
C.
D.∪
2.已知双曲线C:-=1,过点P(3,3)作直线l,使l与C有且只有一个公共点,则满足条件的直线l共有(  )
A.1条 B.2条
C.3条 D.4条
3.(2024·广东肇庆一模)已知直线l:x-y+3=0与双曲线C:-=1(a>0,b>0)交于A,B两点,点P(1,4)是弦AB的中点,则双曲线C的渐近线方程是(  )
A.y=x B.y=2x
C.y=x D.y=4x
4.过双曲线C:-=1(a>0,b>0)的焦点且斜率不为0的直线交C于A,B两点,D为AB的中点,若kAB·kOD=(O为坐标原点),则C的离心率为(  )
A. B.2
C. D.
5.(2025·河南郑州模拟)已知F是双曲线C:x2-=1的左焦点,过点F的直线与C交于A,B两点(点A,B在C的同一支上),且|BF|=2|AF|,则|AB|=(  )
A.6 B.8
C. D.
6.(2025·湖北武汉模拟)已知A,B为双曲线x2-y2=1上不同的两点,下列点中可为线段AB的中点的是(  )
A.(1,1) B.(2,3)
C.(,1) D.
7.(2024·广东深圳一模)已知双曲线E:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过点F2的直线与双曲线E的右支交于A,B两点,若|AB|=|AF1|,且双曲线E的离心率为,则cos∠BAF1=(  )
A.- B.-
C. D.-
8.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别是F1,F2,其中|F1F2|=2c,过右焦点F2的直线l与双曲线的右支交于A,B两点,则下列说法中错误的是(  )
A.|AB|的最小值为
B.若|AB|=m,则△F1AB的周长为2m+4a
C.若AB的中点为M,且AB的斜率为k,则kOM·k=(O为坐标原点)
D.若直线AB的斜率为,则双曲线的离心率e的取值范围为[2,+∞)
二、多项选择题
9.(2025·湖南长沙模拟)直线y=kx与双曲线-=1交于P,Q两点,点P位于第一象限,过点P作x轴的垂线,垂足为N,F为双曲线的左焦点,则(  )
A.若|PQ|=2,则PF⊥QF
B.若PF⊥QF,则△PQF的面积为4
C.>2
D.|PF|-|PN|的最小值为4
10.已知双曲线C:-x2=1(a>0),其上、下焦点分别为F1,F2,O为坐标原点.过双曲线上一点M(x0,y0)作直线l,分别与双曲线的渐近线交于点P,Q,且M为PQ的中点,则下列说法正确的是(  )
A.若l⊥y轴,则|PQ|=2
B.若点M的坐标为(1,2),则直线l的斜率为
C.直线PQ的方程为-x0x=1
D.若双曲线的离心率为,则△OPQ的面积为2
11.已知双曲线x2-=1的左、右顶点分别为A1,A2,左、右焦点分别为F1,F2,直线l与双曲线的左、右两支分别交于点P,Q,则(  )
A.若∠F1PF2=,则△PF1F2的面积为2
B.存在弦PQ的中点为(1,1),此时直线l的方程为2x-y-1=0
C.若PA1的斜率的取值范围为[-8,-4],则PA2的斜率的取值范围为
D.若直线l与双曲线的两条渐近线分别交于点M,N,则|PM|=|NQ|
三、填空题
12.记双曲线C:-=1(a>0,b>0)的离心率为e,写出满足条件“直线y=2x与C无公共点”的e的一个值:________.
13.(2025·贵州贵阳模拟)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C交于A,B两点,且满足|AB|=2a的直线l恰有三条,则双曲线C的离心率的取值范围为________.
14.若过点(2,2)能作双曲线x2-=1的两条切线,则该双曲线的离心率e的取值范围为________.
四、解答题
15.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,且|F1F2|=4,若C上的点M满足||MF1|-|MF2||=2恒成立.
(1)求双曲线C的方程;
(2)若过点M的直线l与C的两条渐近线分别交于点P,Q,且|MP|=|MQ|.
(ⅰ)证明:l与C有且仅有一个交点;
(ⅱ)设O为坐标原点,求+的取值范围.
16.(2022·新高考Ⅰ卷)已知点A(2,1)在双曲线C:-=1(a>1)上,直线l交C于P,Q两点,直线AP,AQ的斜率之和为0.
(1)求l的斜率;
(2)若tan∠PAQ=2,求△PAQ的面积.
17.(2024·河南安阳三模)已知双曲线C上的所有点构成集合P={(x,y)|ax2-by2=1(a>0,b>0)},集合Q={(x,y)|0<ax2-by2<1(a>0,b>0)},对于坐标平面内任意点N(x0,y0),直线l:ax0x-by0y=1称为点N关于双曲线C的“相关直线”.
(1)若N∈P,判断直线l与双曲线C的位置关系,并说明理由;
(2)若直线l与双曲线C的一支有2个交点,求证:N∈Q;
(3)若点N∈Q,点M在直线l上,直线MN交双曲线C于A,B两点,求证:=.
第8练 直线与双曲线的位置关系(解析版)
一、单项选择题
1.已知双曲线-=1的左焦点为F1,过F1的直线l交双曲线左支于A,B两点,则直线l的斜率的取值范围为(  )
A.
B.∪
C.
D.∪
答案:B
解析:双曲线的渐近线方程为y=±x,当直线l与渐近线平行时,与双曲线只有一个交点.当直线l的斜率大于零时,要与双曲线左支交于两点,则需直线l的斜率k>;当直线l的斜率小于零时,要与双曲线左支交于两点,则需直线l的斜率k<-.故选B.
2.已知双曲线C:-=1,过点P(3,3)作直线l,使l与C有且只有一个公共点,则满足条件的直线l共有(  )
A.1条 B.2条
C.3条 D.4条
答案:D
解析:易知双曲线的焦点F1(-5,0),F2(5,0),顶点A(3,0),渐近线方程为y=±x,由P(3,3)可得该点在双曲线右顶点上方,易得过点P与双曲线有且只有一个公共点的直线中,有两条和双曲线的渐近线分别平行的直线(图1),有两条双曲线右支的切线(图2),共4条.故选D.
3.(2024·广东肇庆一模)已知直线l:x-y+3=0与双曲线C:-=1(a>0,b>0)交于A,B两点,点P(1,4)是弦AB的中点,则双曲线C的渐近线方程是(  )
A.y=x B.y=2x
C.y=x D.y=4x
答案:B
解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),可得-=1,-=1,两式相减可得=,点P(1,4)是弦AB的中点,且直线l:x-y+3=0,可得x1+x2=2,y1+y2=8,y1-y2=x1-x2,即有b2=4a2,即b=2a,双曲线的渐近线方程为y=±2x.经验证,此时直线与双曲线有两个交点.故选B.
4.过双曲线C:-=1(a>0,b>0)的焦点且斜率不为0的直线交C于A,B两点,D为AB的中点,若kAB·kOD=(O为坐标原点),则C的离心率为(  )
A. B.2
C. D.
答案:D
解析:不妨设过双曲线C的焦点且斜率不为0的直线方程为y=k(x-c),k≠0,令A(x1,y1),B(x2,y2).由整理得(b2-a2k2)x2+2a2k2cx-(a2k2c2+a2b2)=0.则x1+x2=,x1x2=,D.则kOD=,由kAB·kOD=,可得·k=,则有a2=2b2,即3a2=2c2,则双曲线C的离心率e==.故选D.
5.(2025·河南郑州模拟)已知F是双曲线C:x2-=1的左焦点,过点F的直线与C交于A,B两点(点A,B在C的同一支上),且|BF|=2|AF|,则|AB|=(  )
A.6 B.8
C. D.
答案:D
解析:由C:x2-=1可得F(-2,0).设过点F的直线为x=my-2(m>0),联立可得(3m2-1)y2-12my+9=0.设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=,y1y2= ①,由|BF|=2|AF|,得=2,又=(-2-x2,-y2),=(x1+2,y1),所以-y2=2y1 ②,由①②可得y1=-,y2=,所以-×=,解得m=或m=-(舍去),y1=,所以|AB|=·|y1-y2|=×3|y1|=×=.故选D.
6.(2025·湖北武汉模拟)已知A,B为双曲线x2-y2=1上不同的两点,下列点中可为线段AB的中点的是(  )
A.(1,1) B.(2,3)
C.(,1) D.
答案:B
解析:设AB的中点C(x0,y0),A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=2x0,y1+y2=2y0,=kAB,易知由点差法可得(x1+x2)(x1-x2)-(y1+y2)(y1-y2)=0 =·kAB=1 kAB=.若C(1,1),则此时kAB=1,故lAB:y=x,与双曲线方程联立 x2-x2=1,无解,即lAB与双曲线没有交点,故A不符合题意;若C(2,3),则此时kAB=,故lAB:y=x+,与双曲线方程联立 9x2-9=4x2+20x+25 5(x-2)2=54 x=2±,即lAB与双曲线有两个交点,故B符合题意;若C(,1),则此时kAB=,故lAB:y=x-1,与双曲线方程联立 x2-1=2x2-2x+1 (x-)2=0 x=,即lAB与双曲线有一个交点,故C不符合题意;若C,则此时kAB=-2,故lAB:y=-2x-,与双曲线方程联立 x2-1=4x2+6x+ 3(x+1)2+=0,显然无解,即lAB与双曲线没有交点,故D不符合题意.故选B.
7.(2024·广东深圳一模)已知双曲线E:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过点F2的直线与双曲线E的右支交于A,B两点,若|AB|=|AF1|,且双曲线E的离心率为,则cos∠BAF1=(  )
A.- B.-
C. D.-
答案:D
解析:因为双曲线E的离心率为,所以c=a,因为|AB|=|AF1|,所以|BF2|=|AB|-|AF2|=|AF1|-|AF2|=2a,由双曲线的定义可得|BF1|-|BF2|=|BF1|-2a=2a,所以|BF1|=4a=2|BF2|,在△BF1F2中,由余弦定理,得cos∠BF2F1===-,在△AF1F2中,cos∠F1F2A=-cos∠F1F2B=,设|AF2|=m,则|AF1|=m+2a,由|AF1|2=|F1F2|2+|AF2|2-2|F1F2||AF2|cos∠F1F2A,得(2a+m)2=(2a)2+m2-2×2a×m×,解得m=a,所以|AF1|=,所以cos∠BAF1===-.故选D.
8.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别是F1,F2,其中|F1F2|=2c,过右焦点F2的直线l与双曲线的右支交于A,B两点,则下列说法中错误的是(  )
A.|AB|的最小值为
B.若|AB|=m,则△F1AB的周长为2m+4a
C.若AB的中点为M,且AB的斜率为k,则kOM·k=(O为坐标原点)
D.若直线AB的斜率为,则双曲线的离心率e的取值范围为[2,+∞)
答案:D
解析:对于A,当弦AB为通径时,|AB|最小,最小值为,故A正确;对于B,由双曲线的定义得|AF1|+|BF1|-|AB|=4a,得|AF1|+|BF1|=4a+m,所以△F1AB的周长为|AF1|+|BF1|+|AB|=4a+2m,故B正确;对于C,设A(x1,y1),B(x2,y2),则两式相减得-=0,则-·=0,则-·kOM·k=0,则kOM·k=,故C正确;对于D,若直线AB的斜率为,则<,所以b2<3a2,所以c2<4a2,所以1二、多项选择题
9.(2025·湖南长沙模拟)直线y=kx与双曲线-=1交于P,Q两点,点P位于第一象限,过点P作x轴的垂线,垂足为N,F为双曲线的左焦点,则(  )
A.若|PQ|=2,则PF⊥QF
B.若PF⊥QF,则△PQF的面积为4
C.>2
D.|PF|-|PN|的最小值为4
答案:AD
解析:设双曲线的右焦点为F1,由题意可知,四边形PFQF1为平行四边形,由双曲线-=1可知,a=2,b=,c=.对于A,因为|PQ|=2,所以|PQ|=|FF1|,所以四边形PFQF1为矩形,所以PF⊥QF,故A正确;对于B,据双曲线的定义可知,|PF|-|PF1|=4,|FF1|=2,若PF⊥QF,则四边形PFQF1为矩形,则|PF|2+|PF1|2=|FF1|2,所以(|PF|-|PF1|)2+2|PF||PF1|=|FF1|2,即42+2|PF||PF1|=(2)2,所以|PF||PF1|=6,所以|PF||QF|=6,所以S△PQF=|PF||QF|=×6=3,故B错误;对于C,由双曲线的方程可知,在Rt△PFN中,===,又因为双曲线的渐近线方程为y=±x,所以=kPF<,所以>=,即>,故C错误;对于D,|PF|-|PN|=2a+|PF1|-|PN|=4+|PF1|-|PN|≥4+(|PF1|-|PN|)min,当且仅当|PF1|=|PN|时,|PF|-|PN|取得最小值4,故D正确.故选AD.
10.已知双曲线C:-x2=1(a>0),其上、下焦点分别为F1,F2,O为坐标原点.过双曲线上一点M(x0,y0)作直线l,分别与双曲线的渐近线交于点P,Q,且M为PQ的中点,则下列说法正确的是(  )
A.若l⊥y轴,则|PQ|=2
B.若点M的坐标为(1,2),则直线l的斜率为
C.直线PQ的方程为-x0x=1
D.若双曲线的离心率为,则△OPQ的面积为2
答案:ACD
解析:若l⊥y轴,则直线l过双曲线的顶点,M(0,±a),双曲线的渐近线方程为y=±ax,易得P,Q两点的横坐标为±1,∴|PQ|=2,故A正确;若点M的坐标为(1,2),则a=,易得双曲线的渐近线方程为y2-2x2=0,设P(x1,y1),Q(x2,y2),则y-2x=0,y-2x=0,两式作差可得,y-y=2x-2x,即=2×,∴kl=2×=1,故B错误;若M(x0,y0),利用点差法同样可得kl==a2×=,∴直线PQ的方程为y-y0=(x-x0),即y0y-y=a2x0x-a2x,y0y-a2x0x=y-a2x=a2,∴-x0x=1,故C正确;若双曲线的离心率为,则双曲线的方程为-x2=1,
∴渐近线方程为y=±2x,设P(x1,2x1),Q(x2,-2x2),∴S△OPQ=2|x1x2|,联立方程可得x1=,同理可得x2=,∴S△OPQ=2|x1x2|=2===2,故D正确.故选ACD.
11.已知双曲线x2-=1的左、右顶点分别为A1,A2,左、右焦点分别为F1,F2,直线l与双曲线的左、右两支分别交于点P,Q,则(  )
A.若∠F1PF2=,则△PF1F2的面积为2
B.存在弦PQ的中点为(1,1),此时直线l的方程为2x-y-1=0
C.若PA1的斜率的取值范围为[-8,-4],则PA2的斜率的取值范围为
D.若直线l与双曲线的两条渐近线分别交于点M,N,则|PM|=|NQ|
答案:ACD
解析:在双曲线x2-=1中,a=1,b=,c=,且A1(-1,0),A2(1,0),F1(-,0),F2(,0).对于A,设|PF1|=m,|PF2|=n,由双曲线的定义得n-m=2,两边平方可得m2+n2-2mn=4 ①,在△PF1F2中,由余弦定理可得m2+n2-2mncos=(2)2 m2+n2-mn=12 ②,联立①②可得mn=8,故△PF1F2的面积为mnsin=×8×=2,故A正确;对于B,由中点弦公式得直线l的斜率k===2,此时直线l的方程为y=2x-1,代入双曲线的方程,消去y可得2x2-4x+3=0,因为Δ=-8<0,所以直线l与双曲线无公共点,说明此时直线l不存在,故B不正确;对于C,设P(m,n),则m2-=1 n2=2(m2-1),又直线PA1与PA2的斜率的乘积k1k2=·===2,由于k1∈[-8,-4],从而可得k2∈,故C正确;对于D,设直线l:y=kx+m,代入x2-=λ (※)(说明:当λ=1时,(※)式表示双曲线;当λ=0时,(※)式表示双曲线的两条渐近线),得(k2-2)x2+2kmx+m2+2λ=0,应满足k2-2≠0,且Δ>0,明显有x1+x2=(与λ无关),这说明线段PQ的中点与线段MN的中点重合,故|PM|=|NQ|成立,故D正确.故选ACD.
三、填空题
12.记双曲线C:-=1(a>0,b>0)的离心率为e,写出满足条件“直线y=2x与C无公共点”的e的一个值:________.
答案:2(满足1<e≤皆可)
解析:因为双曲线C:-=1(a>0,b>0),所以C的渐近线方程为y=±x,结合渐近线的特点,只需0<≤2,即≤4,可满足条件“直线y=2x与C无公共点”,所以e==≤=,又e>1,所以1<e≤.
13.(2025·贵州贵阳模拟)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C交于A,B两点,且满足|AB|=2a的直线l恰有三条,则双曲线C的离心率的取值范围为________.
答案:(1,)
解析:当直线l的斜率为0时,显然满足|AB|=2a.
当直线l与x轴垂直时,令x=c,可求得|AB|=,由题意,得2a>,即b2<a2,则e====<,又由于e>1,则双曲线C的离心率的取值范围为(1,).
14.若过点(2,2)能作双曲线x2-=1的两条切线,则该双曲线的离心率e的取值范围为________.
答案:(1,)∪
解析:当过点(2,2)的直线的斜率不存在时,直线的方程为x=2,由
可得故直线x=2与双曲线x2-=1相交,不符合题意;当过点(2,2)的直线的斜率存在时,设直线方程为y-2=k(x-2),即y=kx+(2-2k),联立可得(k2-a2)x2-4k(k-1)x+4(1-k)2+a2=0,因为直线与双曲线x2-=1相切,则
可得3k2-8k+4+a2=0,由题意可知,关于k的二次方程3k2-8k+4+a2=0有两个不等的实数根,所以Δ′=64-12(4+a2)>0,可得0四、解答题
15.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,且|F1F2|=4,若C上的点M满足||MF1|-|MF2||=2恒成立.
(1)求双曲线C的方程;
(2)若过点M的直线l与C的两条渐近线分别交于点P,Q,且|MP|=|MQ|.
(ⅰ)证明:l与C有且仅有一个交点;
(ⅱ)设O为坐标原点,求+的取值范围.
解:(1)由双曲线的定义可知
||MF1|-|MF2||=2a=2,
∴a=1.
又|F1F2|=4,∴c=2.
∵a2+b2=c2,∴b=,
∴双曲线C的方程为x2-=1.
(2)(ⅰ)证明:双曲线的渐近线方程为y=±x,不妨令P在直线y=x上,Q在直线y=-x上,
设M(x0,y0),P(x1,y1),Q(x2,y2),
则y1=x1,①
y2=-x2,②
由①+②,可得y1+y2=(x1-x2),
由①-②,可得y1-y2=(x1+x2),
由于x-=0,且x-=0,
相减可得x-x=-,
∴=,
由题意可知|MP|=|MQ|,
∴x1+x2=2x0,y1+y2=2y0,
∴=,
即kPQ=,
∴直线PQ的方程为y-y0=(x-x0),
即3x0x-y0y=3x-y,
又点M在C上,∴3x-y=3,
则直线PQ的方程为3x0x-y0y=3,
联立方程
得(y-3x)x2+6x0x-3-y=0,
∴-3x2+6x0x-3x=0,
由Δ=0可知方程有且仅有一个解,
∴l与C有且仅有一个交点.
(ⅱ)由(ⅰ),联立
可得x1=,同理可得x2=,
∴|OP|·|OQ|=|x1|·|x2|=4|x1x2|=4×=4,
∴+=+≥2=,
当且仅当=,即|OP|=时取等号.
又|OP|∈(0,+∞),
∴+的取值范围为[,+∞).
16.(2022·新高考Ⅰ卷)已知点A(2,1)在双曲线C:-=1(a>1)上,直线l交C于P,Q两点,直线AP,AQ的斜率之和为0.
(1)求l的斜率;
(2)若tan∠PAQ=2,求△PAQ的面积.
解:(1)将点A的坐标代入双曲线方程得-=1,
化简得a4-4a2+4=0,得a2=2,
故双曲线C的方程为-y2=1.
由题易知,直线l的斜率存在,
设直线l的方程为y=kx+m,P(x1,y1),Q(x2,y2),
联立直线l与双曲线C的方程并整理得
(2k2-1)x2+4kmx+2m2+2=0,
故x1+x2=-,
x1x2=.
kAP+kAQ=+
=+=0,
化简得2kx1x2+(m-1-2k)(x1+x2)-4(m-1)=0,
故+(m-1-2k)-4(m-1)=0,
整理得(k+1)(m+2k-1)=0,
又直线l不过点A,即m+2k-1≠0,故k=-1.
(2)不妨设直线PA的倾斜角为θ,由题意知∠PAQ=π-2θ,
所以tan∠PAQ=-tan2θ==2,
解得tanθ=或tanθ=-(舍去),
由得x1=,
所以|AP|=|x1-2|=,
同理得x2=,
所以|AQ|=|x2-2|=.
因为tan∠PAQ=2,
所以sin∠PAQ=,
故S△PAQ=|AP||AQ|sin∠PAQ=×××=.
17.(2024·河南安阳三模)已知双曲线C上的所有点构成集合P={(x,y)|ax2-by2=1(a>0,b>0)},集合Q={(x,y)|0<ax2-by2<1(a>0,b>0)},对于坐标平面内任意点N(x0,y0),直线l:ax0x-by0y=1称为点N关于双曲线C的“相关直线”.
(1)若N∈P,判断直线l与双曲线C的位置关系,并说明理由;
(2)若直线l与双曲线C的一支有2个交点,求证:N∈Q;
(3)若点N∈Q,点M在直线l上,直线MN交双曲线C于A,B两点,求证:=.
解:(1)直线l与双曲线C相切.理由如下:
联立
消去y,得(aby-a2x)x2+2ax0x-1-by=0,①
∵N∈P,∴ax-by=1,即ax-1=by,代入①,得-ax2+2ax0x-ax=0,
∴Δ=4a2x-4a2x=0,∴直线l与双曲线C相切.
(2)证明:由(1)知(aby-a2x)x2+2ax0x-1-by=0,
∵直线l与双曲线C的一支有2个交点,则
∵Δ=4a2x-4(aby-a2x)(-1-by)=4aby(1+by-ax),∴ax-by<1,
∵=>0,
∴0<ax-by<1,∴N∈Q.
(3)证明:设M(x1,y1),A(x,y),=λ,=μ,
∵N(x0,y0) l,
∴λ≠-1,则
代入双曲线C:ax2-by2=1,
由M在l上,即ax0x1-by0y1=1,
整理得(ax-by-1)λ2+ax-by-1=0,
同理得关于μ的方程为(ax-by-1)μ2+ax-by-1=0,
即λ,μ是关于t的方程(ax-by-1)t2+ax-by-1=0的两根,
∴λ+μ=0,λ=-μ,
∴=.
15

展开更多......

收起↑

资源预览