当前位置:首页>文档>第9章平面解析几何第6节 双曲线_2.2025数学总复习_赠品通用版(老高考)复习资料_一轮复习_2023年高考数学(文科)一轮复习(老高考通用版)_专题教师版word讲义

第9章平面解析几何第6节 双曲线_2.2025数学总复习_赠品通用版(老高考)复习资料_一轮复习_2023年高考数学(文科)一轮复习(老高考通用版)_专题教师版word讲义

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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.