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第 6 节 双曲线
考试要求 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).
1.双曲线的定义
平面内与两个定点F ,F (|F F |=2c>0)的距离差的绝对值等于常数(小于|F F |且
1 2 1 2 1 2
大于零)的点的轨迹叫双曲线.这两个定点叫双曲线的焦点,两焦点间的距离叫焦
距.其数学表达式:集合 P={M|||MF |-|MF ||=2a},|F F |=2c,其中a,c为常
1 2 1 2
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 -=1(a>0,b>0) -=1(a>0,b>0)
图形
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 A ( - a , 0) ,A ( a , 0) A (0,-a),A (0,a)
1 2 1 2
渐近线 y=±x y = ± x
性质
离心率 e=,e∈(1,+∞)
线段A A 叫做双曲线的实轴,它的长度|A A |=2a;线段B B 叫
1 2 1 2 1 2
实虚轴 做双曲线的虚轴,它的长度|B B |=2b;a叫做双曲线的实半轴
1 2
长,b叫做双曲线的虚半轴长
a,b,c的关 c2= a 2 + b 2系
1.过双曲线的一个焦点且与实轴垂直的弦的长为.
2.离心率e===.
3.等轴双曲线的渐近线互相垂直,离心率等于.
4.若渐近线方程为y=±x,则双曲线方程可设为-=λ(λ≠0).
5.双曲线的焦点到渐近线的距离为b.
6.若P是双曲线右支上一点,F ,F 分别为双曲线的左、右焦点,则|PF | =c+
1 2 1min
a,|PF | =c-a.
2min
7.焦点三角形的面积:P 为双曲线上的点,F ,F 为双曲线的两个焦点,且
1 2
∠F PF =θ,则△F PF 的面积为.
1 2 1 2
1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)
(1)平面内到点F (0,4),F (0,-4)距离之差的绝对值等于 8的点的轨迹是双曲
1 2
线.( )
(2)平面内到点F (0,4),F (0,-4)距离之差等于6的点的轨迹是双曲线.( )
1 2
(3)方程-=1(mn>0)表示焦点在x轴上的双曲线.( )
(4)双曲线-=λ(m>0,n>0,λ≠0)的渐近线方程是±=0.( )
(5)若双曲线-=1(a>0,b>0)与-=1(a>0,b>0)的离心率分别是e ,e ,则+=
1 2
1.( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
解析 (1)因为||MF |-|MF ||=8=|F F |,表示的轨迹为两条射线.
1 2 1 2
(2)由双曲线的定义知,应为双曲线的一支,而非双曲线的全部.
(3)当m>0,n>0时表示焦点在x轴上的双曲线,而m<0,n<0时则表示焦点
在y轴上的双曲线.
2.(易错题)双曲线-=1上一点P到焦点F (-5,0)的距离为7,则点P到焦点
1
F (5,0)的距离为________.
2
答案 13
解析 在双曲线-=1中,a=3,
由题意得|PF |=7,
1由双曲线的定义可得||PF |-|PF ||=2a=6,即|7-|PF ||=6,解得|PF |=13 或|
1 2 2 2
PF |=1,
2
又|PF |≥c-a=2,所以|PF |=13.
2 2
3.(2021·新高考Ⅱ卷)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的离心率为2,则该双曲线的渐
近线方程为________.
答案 y=±x
解析 因为双曲线-=1(a>0,b>0)的离心率为2,
所以e===2,所以=3,
所以该双曲线的渐近线方程为y=±x=±x.
4.(2021·全国乙卷)已知双曲线C:-y2=1(m>0)的一条渐近线为x+my=0,则C
的焦距为________.
答案 4
解析 双曲线-y2=1(m>0)的渐近线为
y=±x,即x±y=0,
又双曲线的一条渐近线为x+my=0,
即x+y=0,
对比两式可得,m=3.
设双曲线的实半轴长为a,虚半轴长为b,半焦距为c,则有a2=m=3,b2=1,
所以双曲线的焦距2c=2=4.
5.(易错题)坐标原点为对称中心,两坐标轴为对称轴的双曲线的一条渐近线的倾
斜角为,则双曲线的离心率为________.
答案 2或
解析 当双曲线的焦点在x轴上时,
=tan =,
即b=a,c2=a2+3a2=4a2,c=2a,
此时e==2;
当双曲线的焦点在y轴上时,=tan =,
即b=a,c2=a2+a2=a2,c=a,
此时e==.
∴双曲线C的离心率2或.6.(2020·全国Ⅰ卷改编)设F ,F 是双曲线C:x2-=1的两个焦点,O为坐标原
1 2
点,点P在C上且|OP|=2,则△PF F 的面积为________.
1 2
答案 3
解析 法一 由题知a=1,b=,c=2,F (-2,0),F (2,0),
1 2
如图,因为|OF |=|OF |=|OP|=2,所以点 P 在以 F F 为直径的圆上,故
1 2 1 2
PF ⊥PF ,则|PF |2+|PF |2=(2c)2=16.
1 2 1 2
由双曲线的定义知||PF |-|PF ||=2a=2,
1 2
所以|PF |2+|PF |2-2|PF ||PF |=4,
1 2 1 2
所以|PF ||PF |=6,
1 2
所以△PF F 的面积为|PF ||PF |=3.
1 2 1 2
法二 由双曲线的方程可知,双曲线的焦点F ,F 在x轴上,且|F F |=2=4.
1 2 1 2
设点P的坐标为(x ,y ),
0 0
则解得|y |=.
0
所以△PF F 的面积为|F F |·|y |=×4×=3.
1 2 1 2 0
考点一 双曲线的标准方程
1.(2021·贵阳调研)已知双曲线的渐近线为y=±x,实轴长为4,则该双曲线的方
程为( )
A.-=1
B.-=1或-=1
C.-=1
D.-=1或-=1
答案 D
解析 设双曲线方程为-=1(m≠0),
又2a=4,∴a2=4,
当m>0,2m=4,m=2;当m<0时,-m=4,m=-4.
故所求双曲线方程为-=1或-=1.
2.(2022·衡水联考)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的焦点F(c,0)到渐近线的距离为
c,且点(2,)在双曲线上,则双曲线的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
答案 D
解析 双曲线-=1的焦点 F(c,0)到渐近线 bx±ay=0的距离为=c,解得 b=
c,所以b2=c2,
又c2=a2+b2,所以b2=3a2,
因为点(2,)在双曲线上,所以-=1,
联立解得a2=3,b2=9,
所以双曲线的方程为-=1.故选D.
3.经过点P(3,2),Q(-6,7)的双曲线的标准方程为________.
答案 -=1
解析 设双曲线方程为mx2+ny2=1(mn<0),因为所求双曲线经过点P(3,2),
Q(-6,7),
所以解得
故所求双曲线标准方程为-=1.
4.已知双曲线E与双曲线-=1共渐近线且经过点P(2,3),则双曲线E的标准方
程为____________,顶点坐标为________.
答案 -=1 (0,6),(0,-6)
解析 根据题意,设所求双曲线的方程为
-=λ(λ≠0),
又由双曲线经过点P(2,3),
得-=λ,即λ=-4,
所以双曲线的方程为-=-4,其标准方程为-=1,顶点坐标为(0,6),(0,-
6).
感悟提升 1.用待定系数法求双曲线的方程时,先确定焦点在x轴还是y轴上,
设出标准方程,再由条件确定a2,b2的值,即“先定型,再定量”,如果焦点的位置不好确定,可将双曲线的方程设为-=λ(λ≠0)或mx2-ny2=1(mn>0),再根
据条件求解.
2.与双曲线-=1有相同渐近线时可设所求双曲线方程为-=λ(λ≠0).
考点二 双曲线的定义及应用
例1 (1)已知圆C :(x+3)2+y2=1和圆C :(x-3)2+y2=9,动圆M同时与圆C
1 2 1
及圆C 相外切,则动圆圆心M的轨迹方程为( )
2
A.x2-=1
B.-y2=1
C.x2-=1(x≤-1)
D.x2-=1(x≥1)
(2)(2022·豫南九校联考)若双曲线mx2-4y2=4的左、右焦点分别为F ,F ,过F
1 2 1
的直线交双曲线的左支于 A,B两点,若△AF B的周长是18,|AB|=5,则实数
2
m=( )
A.1 B.2 C.3 D.4
(3)已知F ,F 为双曲线C:x2-y2=2的左、右焦点,点P在C上,∠F PF =
1 2 1 2
60°,则△F PF 的面积为________.
1 2
(4)已知F是双曲线-=1的左焦点,A(1,4),P是双曲线右支上的一动点,则|
PF|+|PA|的最小值为________.
答案 (1)C (2)A (3)2 (4)9
解析 (1)如图所示,设动圆M与圆C 及圆C 分别外切于A和B.
1 2
根据两圆外切的条件,
得|MC |-|AC |=|MA|,
1 1
|MC |-|BC |=|MB|,
2 2
因为|MA|=|MB|,
所以|MC |-|AC |=|MC |-|BC |,
1 1 2 2
即|MC |-|MC |=|BC |-|AC |=2,
2 1 2 1所以点M到两定点C ,C 的距离的差是常数且小于|C C |=6.
1 2 1 2
又根据双曲线的定义,得动点 M的轨迹为双曲线的左支(点M与C 的距离大,
2
与C 的距离小),
1
其中a=1,c=3,则b2=8.
故点M的轨迹方程为x2-=1(x≤-1).故选C.
(2)由题意知双曲线的标准方程是-y2=1,
由双曲线的定义,得
所以|AF |+|BF |=+|AF |+|BF |
2 2 1 1
=+|AB|=+5.
所以△AF B的周长为|AF |+|BF |+|AB|=+5+5=18,
2 2 2
解得m=1,故选A.
(3)不妨设点P在双曲线的右支上,
则|PF |-|PF |=2a=2,
1 2
在△F PF 中,由余弦定理,得
1 2
cos∠F PF ==,
1 2
∴|PF |·|PF |=8,
1 2
∴S =|PF |·|PF |·sin 60°=2.
△F1PF2 1 2
(4)因为F是双曲线-=1的左焦点,
所以F(-4,0),
设其右焦点为H(4,0),
则由双曲线的定义可得|PF|+|PA|=2a+|PH|+|PA|≥2a+|AH|=4+=4+5=9(当
A,P,H三点共线时取等号).
感悟提升 1.利用双曲线的定义判定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,常利用正弦定理、余弦定理,经常结合||PF |-|PF ||=
1 2
2a,运用平方的方法,建立与|PF |·|PF |的联系.
1 2
训练1 (2022·银川调研)过双曲线x2-=1的左焦点F 作一条直线l交双曲线左支
1
于P,Q两点,若|PQ|=10,F 是双曲线的右焦点,则△PF Q的周长是________.
2 2
答案 24解析 由题意,得|PF |-|PF |=2,
2 1
|QF |-|QF |=2.
2 1
∵|PF |+|QF |=|PQ|=10,
1 1
∴|PF |+|QF |-10=4,
2 2
∴|PF |+|QF |=14.
2 2
∴△PF Q的周长是|PF |+|QF |+|PQ|=14+10=24.
2 2 2
考点三 双曲线的几何性质
角度1 求双曲线的渐近线
例2 (2022·兰州诊断)已知P为双曲线-=1(a>0)右支上一点,F ,F 分别是双曲
1 2
线的左、右焦点.若|PF |=7,|PF |=3,则双曲线的一条渐近线的方程是( )
1 2
A.2x+3y=0 B.4x+9y=0
C.3x-2y=0 D.9x-4y=0
答案 C
解析 由双曲线的定义,知|PF |-|PF |=7-3=2a,所以a=2,
1 2
所以该双曲线的渐近线方程为y=±x=±x,即3x±2y=0,所以3x-2y=0是其中
一条渐近线的方程,故选C.
感悟提升 双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线是由-=0,即得两渐近线方程±=
0.
角度2 求双曲线的离心率
例3 (1)(2021·全国甲卷)已知F ,F 是双曲线C的两个焦点,P为C上一点,且
1 2
∠F PF =60°,|PF |=3|PF |,则C的离心率为( )
1 2 1 2
A. B. C. D.
(2)已知F为双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点,A为C的右顶点,B为C上
的点,且BF垂直于x轴.若AB的斜率为3,则C的离心率为________.
答案 (1)A (2)2
解析 (1)设|PF |=m,|PF |=3m,则
2 1
|F F |==m,所以C的离心率e=====.
1 2
(2)点B为双曲线的通径位于第一象限的端点,其坐标为,点A的坐标为(a,0),
∵AB的斜率为3,∴=3,
即==e+1=3,∴e=2.感悟提升 求双曲线离心率或其取值范围的方法
(1)求a,b,c的值,由==1+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.
角度3 双曲线几何性质的综合应用
例4 (1)(2022·南充诊断)双曲线C:-=1(a>0,b>0)的离心率e=,右焦点为F,
点A是双曲线C的一条渐近线上位于第一象限内的点,∠AOF=∠OAF,△AOF
的面积为3,则双曲线C的方程为________________.
(2)(2021·合肥检测)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点为F ,F ,在双曲
1 2
线上存在点 P满足2|PF1+PF2|≤|F1F2|,则此双曲线的离心率 e的取值范围是
________.
答案 (1)-=1 (2)[2,+∞)
解析 (1)法一 由题意知点A所在渐近线方程为bx-ay=0,
设该渐近线的倾斜角为θ,则tan θ=,
∵∠AOF=∠OAF,
∴直线AF的倾斜角为2θ,
则tan 2θ==,
由得
即A,
则△AOF的面积S=c·=ab=3.
又知双曲线的离心率e=,
所以e2=1+=,即=,
解得a=3,b=,
所以双曲线C的方程为-=1.
法二 因为∠AOF=∠OAF,
所以△OAF为等腰三角形,
过F作FB⊥OA,则焦点到渐近线的距离为|BF|=b,
则|OB|==a,则|OA|=2|OB|=2a,
则△OAF的面积为S=×2a×b=ab=3.
又知双曲线的离心率为,所以e2=1+=,即=,
解得a=3,b=,
所以双曲线C的方程为-=1.
(2)当P不是双曲线与x轴的交点时,连接OP,
因为OP为△PF F 的边F F 上的中线,
1 2 1 2
所以PO=(PF1+PF2);
当P是双曲线与x轴的交点时,同样满足上述等式.
因为双曲线上存在点P满足2|PF1+PF2|≤|F1F2|,
所以4|PO|≤2c,由|PO|≥a,可知4a≤2c,则e≥2.
感悟提升 1.双曲线几何性质的综合应用涉及知识较宽,如双曲线定义、标准方
程、对称性、渐近线、离心率等多方面的知识,在解决此类问题时要注意与平面
几何知识的联系.
2.与双曲线有关的取值范围问题的解题思路
(1)若条件中存在不等关系,则借助此关系直接变换转化求解.
(2)若条件中没有不等关系,要善于发现隐含的不等关系或借助曲线中不等关系
来解决.
训练2 (1)(2021·西安模拟)已知双曲线C的方程为-=1,则下列说法不正确的是
( )
A.双曲线C的实轴长为8
B.双曲线C的离心率为
C.双曲线C的渐近线方程为y=±x
D.双曲线C的焦点到渐近线的距离为4
(2)(2022·广西桂林重点中学开学检测)圆C:x2+y2-10y+16=0上有且仅有两个
点到双曲线-=1(a>0,b>0)的一条渐近线的距离为1,则该双曲线离心率的取值
范围为( )
A. B.
C. D.
答案 (1)D (2)A
解析 (1)因为双曲线C:-=1,所以a=4,b=3,c==5,所以2a=8,所以
A正确;e==,所以B正确;
渐近线方程为y=±x,所以C正确;
由对称性,不妨取焦点(0,5),渐近线y=x,则焦点到渐近线的距离d==3,所
以D不正确.故选D.
(2)双曲线-=1的一条渐近线方程为bx-ay=0,圆C:x2+y2-10y+16=0的圆
心C(0,5),半径r=3,
因为圆C上有且仅有两个点到直线bx-ay=0的距离为1,
所以圆心(0,5)到直线bx-ay=0的距离d的范围为20,b>0),
因为双曲线过点P(2,1),
所以-=1,又a2+b2=3,
解得a2=2,b2=1,所以所求双曲线的标准方程是-y2=1.
法二 设所求双曲线标准方程为+=1(1<λ<4),
将点P(2,1)的坐标代入可得+=1,
解得λ=2(λ=-2舍去),
所以所求双曲线标准方程为-y2=1.
4.(2021·河南名校联考)已知双曲线C:-=1(a,b>0)的一条渐近线的方程为y=
x,且过点,则双曲线的实轴长为( )
A. B. C.1 D.2
答案 C
解析 由题可设双曲线的方程为x2-=λ(λ>0),
∵双曲线过点,
∴1-=λ,∴λ=,
∴双曲线C的方程为4x2-y2=1,
即-=1,可知双曲线的实轴长为1.故选C.
5.已知 F ,F 为双曲线 C:x2-y2=2 的左、右焦点,点 P 在 C 上,|PF |=2|
1 2 1
PF |,则cos ∠F PF =( )
2 1 2
A. B. C. D.
答案 C
解析 由x2-y2=2,知a=b=,c=2.由双曲线定义知,|PF |-|PF |=2a=2,
1 2
又|PF |=2|PF |,
1 2
∴|PF |=4,|PF |=2,
1 2
在△PF F 中,|F F |=2c=4,由余弦定理,得
1 2 1 2
cos ∠F PF ==.
1 2
6.已知 M(x ,y )是双曲线 C:-y2=1 上的一点,F ,F 是 C 的两个焦点,若
0 0 1 2MF1·MF2<0,则y 的取值范围是( )
0
A. B.
C. D.
答案 A
解析 因为F (-,0),F (,0),-y=1,所以MF1·MF2=(--x ,
1 2 0
-y )·(-x ,-y )=x+y-3<0,即3y-1<0,解得-0,b>0)的
两条渐近线分别交于 A,B 两点(c 为双曲线 C 的半焦距),若△AOB 的周长为
6a,则双曲线C的离心率为________.
答案
解析 不妨设直线x=c与双曲线C的渐近线y=x,y=-x的交点分别为A,B.
将x=c代入y=x,可得y=,
则A,故|OA|==.
由对称性可得|OB|=,
又|AB|=,
则△AOB的周长为|OA|+|OB|+|AB|=+=6a,
整理得bc=3a2-c2,即c=3a2-c2.
两边平方并整理得=,
故双曲线C的离心率e==.10.(2021·福州质检)已知双曲线C的焦点在坐标轴上,其渐近线方程为y=±x,过
点P.
(1)求双曲线C的标准方程.
(2)是否存在被点B(1,1)平分的弦?如果存在,求出弦所在的直线l的方程;如
果不存在,请说明理由.
解 (1)双曲线C的焦点在坐标轴上,其渐近线方程为y=±x,
设双曲线方程为x2-=λ(λ≠0),
过点P,代入可得λ=1,
所求双曲线方程为x2-=1.
(2)假设直线l存在.设B(1,1)是弦MN的中点,且M(x ,y ),N(x ,y ),则x +
1 1 2 2 1
x =2,y +y =2.
2 1 2
因为M,N在双曲线上,
所以
所以2(x +x )(x -x )-(y -y )(y +y )=0,所以4(x -x )=2(y -y ),
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
所以k==2,所以直线l的方程为y-1=2(x-1),即2x-y-1=0,
联立方程组得2x2-4x+3=0,因为Δ=16-4×3×2=-8<0,
所以直线l与双曲线无交点,所以直线l不存在.
11.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)因为双曲线的渐近线方程为y=±x,所以a=b,
所以c2=a2+b2=2a2=4,所以a2=b2=2,
所以双曲线方程为-=1.
(2)设点A的坐标为(x ,y ),
0 0
所以直线AO的斜率满足·(-)=-1,
所以x =y ,①
0 0
依题意,圆的方程为x2+y2=c2,
将①代入圆的方程得3y+y=c2,
即y =c,所以x =c,
0 0所以点A的坐标为,
代入双曲线方程得-=1,
即b2c2-a2c2=a2b2,②
又因为a2+b2=c2,
所以将b2=c2-a2代入②式,整理得
c4-2a2c2+a4=0,
所以3-8+4=0,
所以(3e2-2)(e2-2)=0,
因为e>1,所以e=,
所以双曲线的离心率为.
12.(2020·全国Ⅱ卷)设O为坐标原点,直线x=a与双曲线C:-=1(a>0,b>0)的
两条渐近线分别交于D,E两点.若△ODE的面积为8,则C的焦距的最小值为(
)
A.4 B.8 C.16 D.32
答案 B
解析 不妨设D位于第一象限,双曲线的渐近线方程为 y=±x,分别与x=a联
立,可得D(a,b),E(a,-b),
则|DE|=2b.
∴S =×a×|DE|=a×2b=ab=8,
△ODE
∴c2=a2+b2≥2ab=16.
当且仅当a=b=2时,等号成立.
∴c2的最小值为16,∴c的最小值为4,
∴C的焦距的最小值为2×4=8.
13.(2022·成都诊断)已知F ,F 分别是双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,点
1 2
P是该双曲线上一点且在第一象限内,2sin∠PF F =sin∠PF F ,则双曲线离心
1 2 2 1
率的取值范围为( )
A.(1,2) B.(1,3)
C.(3,+∞) D.(2,3)
答案 B解析 在焦点△PF F 中,2sin∠PF F =sin∠PF F ,由正弦定理得:2|PF |=|
1 2 1 2 2 1 2
PF |,
1
又∵|PF |-|PF |=2a,
1 2
∴|PF |=4a,|PF |=2a,
1 2
在△PF F 中,由|PF |+|PF |>|F F |得4a+2a>2c,
1 2 1 2 1 2
∴e<3,则10,
解得m2>3且m2≠4.
设M(x ,y ),N(x ,y ),
1 1 2 2
∴y +y =-,y y =-,
1 2 1 2
∴x +x =m(y +y )+2=-+2=,
1 2 1 2
x x =(my +1)(my +1)=m2y y +m(y +y )+1
1 2 1 2 1 2 1 2
=--+1=-=-4-.
QM·QN=(x -t,y )·(x -t,y )=(x -t)(x -t)+y y
1 1 2 2 1 2 1 2
=x x -t(x +x )+t2+y y
1 2 1 2 1 2
=-4-+t·-+t2
=-4+t2+,
由QM·QN为常数,得8t-23=0,即t=,
此时QM·QN=.当直线l斜率为0时,QM·QN=.
∴在x轴上存在定点Q,使得QM·QN为常数.