2021高考数学一轮复习第9章平面解析几何第7节双曲线教学案文北师大版

2021高考数学一轮复习第9章平面解析几何第7节双曲线教学案文北师大版

第七节　双曲线 ‎[最新考纲]　1.了解双曲线的实际背景，了解双曲线在刻画现实世界和解决实际问题中的作用.2.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).3.理解数形结合思想.4.了解双曲线的简单应用．‎ ‎(对应学生用书第161页)‎ ‎1．双曲线的定义 ‎(1)平面内到两定点F1、F2的距离之差的绝对值等于常数(大于零且小于|F1F2|的点的集合叫作双曲线，定点F1，F2叫作双曲线的焦点，两个焦点之间的距离叫作双曲线的焦距．‎ ‎(2)集合P＝{M|||MF1|－|MF2||＝2a}，|F1F2|＝2c，‎ 其中a，c为常数且a＞0，c＞0.‎ ‎①当2a＜|F1F2|时，M点的轨迹是双曲线；‎ ‎②当2a＝|F1F2|时，M点的轨迹是两条射线；‎ ‎③当2a＞|F1F2|时，M点不存在．‎ ‎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 性质 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 顶点坐标 A1(－a,0)，A2(a,0)‎ A1(0，－a)，A2(0，a)‎ 渐近线 y＝±x y＝±x 离心率 e＝＝∈(1，＋∞)‎ 实、虚轴 线段A1A2叫做双曲线的实轴，它的长|A1A2|＝2a；‎ 线段B1B2叫做双曲线的虚轴，它的长|B1B2|＝2b；‎ - 11 -‎ a叫做双曲线的实半轴长，b叫做双曲线的虚半轴长 a，b，c的关系 c2＝a2＋b2(c＞a＞0，c＞b＞0)‎ ‎3.等轴双曲线 实轴和虚轴等长的双曲线叫做等轴双曲线，其渐近线方程为y＝±x，离心率为e＝.‎ ‎1．过双曲线的一个焦点且与实轴垂直的弦的长为，也叫通径．‎ ‎2．双曲线的焦点到其渐近线的距离为b.‎ ‎3．若P是双曲线右支上一点，F1，F2分别为双曲线的左、右焦点，则|PF1|min＝a＋c，|PF2|min＝c－a.‎ ‎4．与双曲线－＝1(a＞0，b＞0)有共同渐近线的方程可表示为－＝t(t≠0)．‎ ‎5．当已知双曲线的渐近线方程为bx±ay＝0，求双曲线方程时，可设双曲线方程为b2x2－a2y2＝λ(λ≠0)．‎ 一、思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)平面内到点F1(0,4)，F2(0，－4)距离之差的绝对值等于8的点的轨迹是双曲线． (　　)‎ ‎(2)方程－＝1(mn>0)表示焦点在x轴上的双曲线． (　　)‎ ‎(3)双曲线－＝λ(m>0，n>0，λ≠0)的渐近线方程是－＝0，即±＝0. (　　)‎ ‎(4)等轴双曲线的渐近线互相垂直，离心率等于. (　　)‎ ‎[答案](1)×　(2)×　(3)√　(4)√‎ 二、教材改编 ‎1．双曲线－＝1的焦距为(　　)‎ A．5　　　　B.　　　　C．2　　　　D．1‎ C　[由双曲线－＝1，易知c2＝3＋2＝5，所以c＝，所以双曲线－＝1的焦距为2.]‎ ‎2．以椭圆＋＝1的焦点为顶点，顶点为焦点的双曲线方程为(　　)‎ A．x2－＝1 B.－y2＝1‎ - 11 -‎ C．x2－＝1 D.－＝1‎ A　[设要求的双曲线方程为－＝1(a＞0，b＞0)，‎ 由椭圆＋＝1，得椭圆焦点为(±1,0)，在x轴上的顶点为(±2,0)．‎ 所以双曲线的顶点为(±1,0)，焦点为(±2,0)．‎ 所以a＝1，c＝2，‎ 所以b2＝c2－a2＝3，‎ 所以双曲线的标准方程为x2－＝1.]‎ ‎3．已知双曲线－＝1(a>0)的离心率为2，则a＝(　　)‎ A．2 B. ‎ C. D．1‎ D　[依题意，e＝＝＝2，∴＝2a，则a2＝1，a＝1.]‎ ‎4．经过点A(5，－3)，且对称轴都在坐标轴上的等轴双曲线方程为________．‎ －＝1　[设双曲线的方程为x2－y2＝λ，把点A(5，－3)代入，得λ＝16，‎ 故所求方程为－＝1.]‎ ‎(对应学生用书第162页)‎ ‎⊙考点1　双曲线的定义及应用 ‎　双曲线定义的两个应用 ‎(1)判定平面内动点与两定点的轨迹是否为双曲线，进而根据要求可求出双曲线方程．‎ ‎(2)在“焦点三角形”中，常利用正弦定理、余弦定理，结合||PF1|－|PF2||＝2a，运用平方的方法，建立与|PF1|·|PF2|的关系．‎ ‎(1)设P是双曲线－＝1上一点，F1，F2分别是双曲线的左、右焦点，若|PF1|＝9，则|PF2|等于(　　)‎ A．1　　　　　 B．17‎ C．1或17 D．以上均不对 ‎(2)已知动圆M与圆C1：(x＋4)2＋y2＝2外切，与圆C2：(x－4)2＋y2‎ - 11 -‎ ‎＝2内切，则动圆圆心M的轨迹方程为(　　)‎ A.－＝1(x≥) B.－＝1(x≤－)‎ C.＋＝1(x≥) D.＋＝1(x≤－)‎ ‎(3)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|等于(　　)‎ A．2 B．4 ‎ C．6　　　　 D．8‎ ‎(1)B　(2)A　(3)B　[(1)根据双曲线的定义得||PF1|－|PF2||＝8⇒|PF2|＝1或17.‎ 又|PF2|≥c－a＝2，故|PF2|＝17，故选B.‎ ‎(2)设动圆的半径为r，由题意可得|MC1|＝r＋，|MC2|＝r－，所以|MC1|－|MC2|＝2，故由双曲线的定义可知动点M在以C1(－4,0)，C2(4,0)为焦点，实轴长为2a＝2的双曲线的右支上，即a＝，c＝4⇒b2＝16－2＝14，故动圆圆心M的轨迹方程为－＝1(x≥)，故选A.‎ ‎(3)由双曲线的方程得a＝1，c＝，‎ 由双曲线的定义得||PF1|－|PF2||＝2.‎ 在△PF1F2中，由余弦定理得 ‎|F1F2|2＝|PF1|2＋|PF2|2－2|PF1|·|PF2|cos 60°，‎ 即(2)2＝|PF1|2＋|PF2|2－|PF1|·|PF2|＝(|PF1|－|PF2|)2＋|PF1|·|PF2|＝22＋|PF1|·|PF2|，‎ 解得|PF1|·|PF2|＝4，故选B.]‎ ‎[母题探究]‎ ‎1．本例(3)中，若将条件“∠F1PF2＝60°”改为|PF1|＝2|PF2|，试求cos∠F1PF2的值．‎ ‎[解]　根据双曲线的定义知，|PF1|－|PF2|＝|PF2|＝2，则|PF1|＝2|PF2|＝4，又|F1F2|＝2 ‎∴cos∠F1PF2＝＝＝.‎ ‎2．本例(3)中，若将条件“∠F1PF2＝60°”，改为·＝0，则△F1PF2的面积是多少？‎ ‎[解]　不妨设点P在双曲线的右支上．‎ 则|PF1|－|PF2|＝2a＝2，‎ 由·＝0，得⊥.‎ - 11 -‎ 在△F1PF2中，|PF1|2＋|PF2|2＝|F1F2|2，‎ 即(|PF1|－|PF2|)2＋2|PF1||PF2|＝8，‎ ‎∴|PF1||PF2|＝2.‎ ‎∴S△F1PF2＝|PF1||PF2|＝1.‎ ‎(1)求双曲线上的点到焦点的距离时，要注意取舍，如本例T(1)；(2)利用定义求双曲线方程时，要注意所求是双曲线一支，还是整个双曲线，如本例T(2)．‎ ‎　1.已知点F1(－3,0)和F2(3,0)，动点P到F1，F2的距离之差为4，则点P的轨迹方程为(　　)‎ A.－＝1(y＞0)　　　 B.－＝1(x＞0)‎ C.－＝1(y＞0) D.－＝1(x＞0)‎ B　[由题设知点P的轨迹方程是焦点在x轴上的双曲线的右支，设其方程为－＝1(x＞0，a＞0，b＞0)，由题设知c＝3，a＝2，b2＝9－4＝5，所以点P的轨迹方程为－＝1(x＞0)．]‎ ‎2．已知双曲线x2－＝1的两个焦点为F1，F2，P为双曲线右支上一点．若|PF1|＝|PF2|，则△F1PF2的面积为(　　)‎ A．48　　　B．24　　　C．12　　　D．6‎ B　[由双曲线的定义可得 ‎|PF1|－|PF2|＝|PF2|＝2a＝2，‎ 解得|PF2|＝6，故|PF1|＝8，‎ 又|F1F2|＝10，‎ 由勾股定理可知三角形PF1F2为直角三角形，因此S△F1PF2＝|PF1|·|PF2|＝24.]‎ ‎3．若双曲线－＝1的左焦点为F，点P是双曲线右支上的动点，A(1,4)，则|PF|＋|PA|的最小值是(　　)‎ A．8 B．9 ‎ C．10 D．12‎ B　[由题意知，双曲线－＝1的左焦点F的坐标为(－4,0)，设双曲线的右焦点为B，则B(4,0)，由双曲线的定义知|PF|＋|PA|＝4＋|PB|＋|PA|≥4＋|AB|＝4＋ - 11 -‎ ‎＝4＋5＝9，当且仅当A，P，B三点共线且P在A，B之间时取等号．]‎ ‎⊙考点2　双曲线的标准方程 ‎　求双曲线方程的思路 ‎(1)如果已知双曲线的中心在原点，且确定了焦点在x轴上或y轴上，则设出相应形式的标准方程，然后根据条件确定关于a，b，c的方程组，解出a2，b2，从而写出双曲线的标准方程(求得的方程可能是一个，也有可能是两个，注意合理取舍，但不要漏解)．‎ ‎(2)当焦点位置不确定时，有两种方法来解决：一种是分类讨论，注意考虑要全面；另一种是设双曲线的一般方程为mx2＋ny2＝1(mn＜0)求解．‎ ‎(1)(2019·荆门模拟)方程＋＝1表示双曲线的一个充分不必要条件是(　　)‎ A．－3＜m＜0 B．－1＜m＜3‎ C．－3＜m＜4 D．－2＜m＜3‎ ‎(2)[一题多解]已知双曲线过点(2,3)，渐近线方程为y＝±x，则该双曲线的标准方程是(　　)‎ A.－＝1 B.－＝1‎ C．x2－＝1 D.－＝1‎ ‎(3)(2018·天津高考)已知双曲线－＝1(a>0，b>0)的离心率为2，过右焦点且垂直于x轴的直线与双曲线交于A，B两点．设A，B到双曲线的同一条渐近线的距离分别为d1和d2，且d1＋d2＝6，则双曲线的方程为(　　)‎ A.－＝1 B.－＝1‎ C.－＝1 D.－＝1‎ ‎(1)B　(2)C　(3)C　[(1)方程＋＝1表示双曲线，则(m＋2)(m－3)＜0，解得－2＜m＜3.∵要求充分不必要条件，∴选项范围是－2＜m＜3的真子集，只有选项B符合题意．故选B.‎ ‎(2)法一：当其中的一条渐近线方程y＝x中的x＝2时，y＝2＞3，又点(2,3)在第一象限，所以双曲线的焦点在x轴上，设双曲线的标准方程是－＝1(a＞0，b＞0)，由题意得解得所以该双曲线的标准方程为x2－＝1，故选C.‎ - 11 -‎ 法二：因为双曲线的渐近线方程为y＝±x，即＝±x，所以可设双曲线的方程是x2－＝λ(λ≠0)，将点(2,3)代入，得λ＝1，所以该双曲线的标准方程为x2－＝1，故选C.‎ ‎(3)如图，不妨设A在B的上方，则A，B.‎ 其中的一条渐近线为bx－ay＝0，则d1＋d2＝＝＝2b＝6，∴b＝3. 又由e＝＝2，知a2＋b2＝4a2，∴a＝.‎ ‎∴双曲线的方程为－＝1. 故选C.]‎ ‎　已知双曲线的渐近线方程，用渐近线方程设出双曲线方程，运算过程较为简单．‎ ‎[教师备选例题]‎ 设双曲线与椭圆＋＝1有共同的焦点，且与椭圆相交，其中一个交点的坐标为(，4)，则此双曲线的标准方程是________．‎ －＝1 　[法一：椭圆＋＝1的焦点坐标是(0，±3)，设双曲线方程为－＝1(a>0，b>0)，根据双曲线的定义知2a＝|－|‎ ‎＝4，故a＝2.‎ 又b2＝32－22＝5，故所求双曲线的标准方程为－＝1.‎ ‎　法二：椭圆＋＝1的焦点坐标是(0，±3)．设双曲线方程为－＝1(a>0，b>0)，则a2＋b2＝9， ①‎ 又点(，4)在双曲线上，所以－＝1， ②‎ 联立①②解得a2＝4，b2＝5.故所求双曲线的标准方程为－＝1.‎ ‎　1.(2019·湘潭模拟)以双曲线－＝1的焦点为顶点，且渐近线互相垂直的双曲线的标准方程为(　　)‎ A．x2－y2＝1 B.－y2＝1‎ C.－＝1 D.－＝1‎ - 11 -‎ D　[由题可知，所求双曲线的顶点坐标为(±3,0)．又因为双曲线的渐近线互相垂直，所以a＝b＝3，则该双曲线的方程为－＝1.故选D.]‎ ‎2．已知双曲线－＝1(a＞0，b＞0)的左、右焦点分别为F1，F2，点P在双曲线的右支上，若|PF1|－|PF2|＝4b，且双曲线的焦距为2，则该双曲线的标准方程为(　　)‎ A.－y2＝1 B.－＝1‎ C．x2－＝1 D.－＝1‎ A　[由题意可得 解得 则该双曲线的标准方程为－y2＝1.]‎ ‎3．经过点P(3,2)，Q(－6，7)的双曲线的标准方程为________．‎ －＝1　[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 故所求双曲线方程为－＝1.]‎ ‎⊙考点3　双曲线的几何性质 ‎　求双曲线的离心率(或其范围)‎ ‎　求双曲线的离心率或其范围的方法 ‎(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．‎ ‎(1)(2019·全国卷Ⅱ)设F为双曲线C：－＝1(a＞0，b＞0)的右焦点，O为坐标原点，以OF为直径的圆与圆x2＋y2＝a2交于P，Q两点．若|PQ|＝|OF|，则C的离心率为(　　)‎ A. B. ‎ C．2 D. ‎(2)已知双曲线－＝1(a＞0，b＞0)的左、右焦点分别为F1，F2，点P在双曲线的右支上，且|PF1|＝4|PF2|，则双曲线离心率的取值范围是(　　)‎ A. B. - 11 -‎ C．(1,2] D. ‎(1)A　(2)B　[(1)令双曲线C：－＝1(a>0，b>0)的右焦点F的坐标为(c,0)，则c＝.‎ 如图所示，由圆的对称性及条件|PQ|＝|OF|可知，PQ是以OF为直径的圆的直径，且PQ⊥OF.设垂足为M，连接OP，则|OP|＝a，|OM|＝|MP|＝，‎ 由|OM|2＋|MP|2＝|OP|2，‎ 得＋＝a2，‎ ‎∴＝，即离心率e＝.‎ 故选A.‎ ‎(2)由双曲线的定义可知|PF1|－|PF2|＝2a，又|PF1|＝4|PF2|，所以|PF2|＝，由双曲线上的点到焦点的最短距离为c－a，可得≥c－a，解得≤，即e≤，又双曲线的离心率e＞1，故该双曲线离心率的取值范围为，故选B.]‎ ‎　本例T(2)利用双曲线右支上的点到右焦点的距离不小于c－a建立不等式求解，同时应注意双曲线的离心率e＞1.‎ ‎[教师备选例题]‎ ‎(2019·沈阳模拟)设F1，F2分别为双曲线C：－＝1(a＞0，b＞0)的左、右焦点，P是双曲线C上一点，若|PF1|＋|PF2|＝4a，且△PF1F2的最小内角的正弦值为，则双曲线C的离心率为(　　)‎ A．2 B．3　　　　‎ C.　　　　 D. C　[不妨设P是双曲线右支上的一点，由双曲线的定义可知|PF1|－|PF2|＝2a，|F1F2|＝2c，所以|PF1|＝3a，|PF2|＝a.△PF1F2的最小内角的正弦值为，其余弦值为，因为|PF1|＞|PF2|，|F1F2|＞|PF2|，所以∠PF1F2为△PF1F2的最小内角．由余弦定理可得|PF2|2＝|F1F2|2＋|PF1|2－2|F1F2||PF1|cos∠PF1F2，即a2＝4c2＋9a2－2×2c×3a×，所以离心率e＝＝.故选C.]‎ - 11 -‎ ‎　与渐近线有关的问题 ‎　与渐近线有关的结论 ‎(1)双曲线－＝1(a＞0，b＞0)的渐近线方程为y＝±x，双曲线－＝1(a＞0，b＞0)的渐近线方程为y＝±x.‎ ‎(2)e2＝1＋⇒＝e2－1⇒＝.‎ ‎(1)(2019·武汉模拟)已知双曲线C：－＝1(m＞0，n＞0)的离心率与椭圆＋＝1的离心率互为倒数，则双曲线C的渐近线方程为(　　)‎ A．4x±3y＝0‎ B．3x±4y＝0‎ C．4x±3y＝0或3x±4y＝0‎ D．4x±5y＝0或5x±4y＝0‎ ‎(2)(2019·张掖模拟)已知双曲线C：－＝1(a＞0，b＞0)的顶点到其一条渐近线的距离为1，焦点到其一条渐近线的距离为，则其一条渐近线的倾斜角为(　　)‎ A．30° B．45° ‎ C．60° D．120°‎ ‎(1)A　(2)B　[(1)由题意知，椭圆中a＝5，b＝4，∴椭圆的离心率e＝＝，∴双曲线的离心率为＝，∴＝，∴双曲线的渐近线方程为y＝±x＝±x，即4x±3y＝0.故选A.‎ ‎(2)设双曲线－＝1的右顶点A(a,0)，右焦点F2(c,0)到渐近线y＝x的距离分别为1和，则有即＝.‎ 则＝＝－1＝2－1＝1，即＝1.‎ 设渐近线y＝x的倾斜角为θ，则tan θ＝＝1.‎ 所以θ＝45°，故选B.]‎ ‎　双曲线中，焦点到一条渐近线的距离等于b是常用的结论．‎ ‎[教师备选例题]‎ - 11 -‎ ‎　(2019·衡水模拟)已知双曲线－＝1(a＞0，b＞0)的左、右焦点分别为F1，F2，过点F1作圆x2＋y2＝a2的切线，交双曲线右支于点M.若∠F1MF2＝45°，则双曲线的渐近线方程为(　　)‎ A．y＝±x B．y＝±x C．y＝±x D．y＝±2x A　[如图，作OA⊥F1M于点A，F2B⊥F1M于点B.因为F1M与圆x2＋y2＝a2相切，∠F1MF2＝45°，所以|OA|＝a，|F2B|＝|BM|＝2a，|F2M|＝2a，|F1B|＝2b.又点M在双曲线上，所以|F1M|－|F2M|＝2a＋2b－2a＝2a，整理得b＝a.所以＝.所以双曲线的渐近线方程为y＝±x.故选A.]‎ ‎　1.已知双曲线－＝1(m＞0)的一个焦点在直线x＋y＝5上，则双曲线的渐近线方程为(　　)‎ A．y＝±x B．y＝±x C．y＝±x D．y＝±x B　[由双曲线－＝1(m＞0)的焦点在y轴上，且在直线x＋y＝5上，直线x＋y＝5与y轴的交点为(0,5)，‎ 有c＝5，则m＋9＝25，得m＝16，‎ 所以双曲线的方程为－＝1，‎ 故双曲线的渐近线方程为y＝±x.故选B.]‎ ‎2．已知双曲线C：－＝1(a＞0，b＞0)的左、右焦点分别为F1，F2，点A(2，)在双曲线C上，若AF2⊥F1F2，则双曲线C的渐近线方程为(　　)‎ A．y＝±x B．y＝±x C．y＝±2x D．y＝±x A　[因为AF2⊥F1F2，A(2，)，所以F1(－2,0)，F2(2,0)，由双曲线的定义可知2a＝|AF1|－|AF2|＝－＝2，即a＝，所以b＝＝，故双曲线C的渐近线方程为y＝±x，故选A.]‎ - 11 -‎