
?專題十三 《解析幾何》講義
13.4 雙曲線
知識梳理.雙曲線
1.雙曲線的定義
平面內(nèi)到兩個(gè)定點(diǎn)F1,F(xiàn)2的距離的差的絕對值等于常數(shù)2a(2a<|F1F2|)的點(diǎn)P的軌跡叫做雙曲線.這兩個(gè)定點(diǎn)叫做雙曲線的焦點(diǎn),兩焦點(diǎn)間的距離叫做雙曲線的焦距.
2.雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程
(1)中心在坐標(biāo)原點(diǎn),焦點(diǎn)在x軸上的雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為-=1(a>0,b>0).
(2)中心在坐標(biāo)原點(diǎn),焦點(diǎn)在y軸上的雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為-=1(a>0,b>0).
3.雙曲線的幾何性質(zhì)
標(biāo)準(zhǔn)方程
-=1(a>0,b>0)
-=1(a>0,b>0)
范圍
|x|≥a,y∈R
|y|≥a,x∈R
對稱性
對稱軸:x軸,y軸;對稱中心:原點(diǎn)
焦點(diǎn)
F1(-c,0),F(xiàn)2(c,0)
F1(0,-c),F(xiàn)2(0,c)
頂點(diǎn)
A1(-a,0),A2(a,0)
A1(0,-a),A2(0,a)
軸
線段A1A2,B1B2分別是雙曲線的實(shí)軸和虛軸;實(shí)軸長為2a,虛軸長為2b
焦距
|F1F2|=2c
離心率
e== ∈(1,+∞)
e是表示雙曲線開
口大小的一個(gè)量,
e越大開口越大.
漸近線
y=±x
y=±x
a,b,c的關(guān)系
a2=c2-b2
題型一. 雙曲線及其性質(zhì)
1.過雙曲線左焦點(diǎn)F的直線交雙曲線的左支于M、N兩點(diǎn),F(xiàn)2為其右焦點(diǎn),則|MF2|+|NF2|﹣|MN|的值為 8?。?br />
【解答】解:根據(jù)雙曲線定義有|MF2|﹣|MF|=2a,|NF2|﹣|NF|=2a,
兩式相加得|MF2|+|NF2|﹣|MN|=4a=8.
答案:8.
2.設(shè)雙曲線的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,過F1的直線與雙曲線C交于M,N兩點(diǎn),其中M在左支上,N在右支上,若點(diǎn)F2在線段MN的中垂線上,則MN=( ?。?br />
A. B.8 C. D.4
【解答】解:如圖,由雙曲線方程可得a.
由雙曲線的定義可知:|F2M|﹣|F1M|=2a=4,
|F1N|﹣|F2N|=2a=4,
∴|F2M|=|F1M|+4,|F1N|=|F2N|+4,
∵點(diǎn)F2在線段MN的中垂線上,∴|F2M|=|F2N|,
∴|F1N|=|F1M|+8,
∴|MN|=|F1N|﹣|F1M|=8.
故選:A.
3.過雙曲線的右頂點(diǎn)作x軸的垂線與C的一條漸近線相交于A,若以C的右焦點(diǎn)為圓心、半徑為2的圓經(jīng)過A、O兩點(diǎn)(O為坐標(biāo)原點(diǎn)),則雙曲線C的標(biāo)準(zhǔn)方程是 x21?。?br />
【解答】解:雙曲線的右頂點(diǎn)為(a,0),右焦點(diǎn)F為(c,0),
由x=a和一條漸近線yx,可得A(a,b),
以C的右焦點(diǎn)為圓心、半徑為2的圓經(jīng)過A、O兩點(diǎn)(O為坐標(biāo)原點(diǎn)),
則|AF|=|OF|=c=2,
即有2,
c2=a2+b2=4,
解得a=1,b,
即有雙曲線的方程為x21,
故答案為:x21.
4.P是雙曲線的右支上一點(diǎn),M、N分別是圓(x+5)2+y2=4和(x﹣5)2+y2=1上的點(diǎn),則|PM|﹣|PN|的最大值為 9?。?br />
【解答】解:雙曲線中,
∵a=3,b=4,c=5,
∴F1(﹣5,0),F(xiàn)2(5,0),
∵|PF1|﹣|PF2|=2a=6,
∴|MP|≤|PF1|+|MF1|,|PN|≥|PF2|﹣|NF2|,
∴﹣|PN|≤﹣|PF2|+|NF2|,
所以,|PM|﹣|PN|≤|PF1|+|MF1|﹣|PF2|﹣|NF2|
=6+1+2
=9.
故答案為:9.
5.已知F是雙曲線C:x21的右焦點(diǎn),P是C的左支上一點(diǎn),A(0,6).當(dāng)△APF周長最小時(shí),該三角形的面積為 12?。?br />
【解答】解:由題意,設(shè)F′是左焦點(diǎn),則△APF周長=|AF|+|AP|+|PF|=|AF|+|AP|+|PF′|+2
≥|AF|+|AF′|+2(A,P,F(xiàn)′三點(diǎn)共線時(shí),取等號),
直線AF′的方程為與x21聯(lián)立可得y2+6y﹣96=0,
∴P的縱坐標(biāo)為2,
∴△APF周長最小時(shí),該三角形的面積為12.
故答案為:12.
題型二. 焦點(diǎn)三角形
1.已知點(diǎn)F1,F(xiàn)2分別為雙曲線的左、右焦點(diǎn),過F1的直線交雙曲線C的左支于A,B兩點(diǎn),且|AF2|=3,|BF2|=5,|AB|=4,則△BF1F2的面積為 ?。?br />
【解答】解:|AF2|=3,|BF2|=5,|AB|=4,
可得三角形ABF2為直角三角形,∠BAF2=90°,
設(shè)|AF1|=m,|BF1|=n,可得m+n=4,
3﹣m=5﹣n=2a,解得m=1,n=3,
則△BF1F2的面積為SS3×41×3.
故答案為:.
2.已知F1,F(xiàn)2是雙曲線1(a>0,b>0)的左、右焦點(diǎn),P是雙曲線右支上任意一點(diǎn),M是線段PF1的中點(diǎn),則以PF1為直徑的圓與圓x2+y2=a2的位置關(guān)系是( ?。?br />
A.相離 B.相切
C.相交 D.以上都有可能
【解答】解:∵P在雙曲線右支上,∴|PF1|﹣|PF2|=2a,
∵M(jìn)是線段PF1的中點(diǎn),∴,
∵O是線段F1F2的中點(diǎn),∴,
∴,
即圓心距等于兩圓的半徑之差,
∴以線段PF1為直徑的圓與圓x2+y2=a2的位置關(guān)系是相內(nèi)切.
故選:B.
3.已知雙曲線C的左右焦點(diǎn)為F1、F2,點(diǎn)M為雙曲線C上任一點(diǎn),則|MF1|?|MF2|的最小值為( ?。?br />
A.1 B. C.2 D.3
【解答】解:根據(jù)題意可得F1(,0),F(xiàn)2(,0),設(shè)M(x,y),其中x(﹣∞,]∪[,+∞),則y21,
則|MF1|?|MF2|??,
因?yàn)閤∈(﹣∞,]∪[,+∞),所以3,
則當(dāng)x=±時(shí),|MF1|?|MF2|取最小值,最小值1,
故選:A.
4.從雙曲線1(a>0,b>0)的左焦點(diǎn)F引圓x2+y2=a2的切線,切點(diǎn)為T,延長FT交雙曲線右支于P點(diǎn),若M為線段FP的中點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn),則|MO|﹣|MT|等于( )
A.c﹣a B.b﹣a C.a(chǎn)﹣b D.c﹣b
【解答】解:如圖所示,設(shè)F′是雙曲線的右焦點(diǎn),連接PF′.
∵點(diǎn)M,O分別為線段PF,F(xiàn)F′的中點(diǎn),
由三角形中位線定理得到:|OM||PF′|(|PF|﹣2a)|PF|﹣a
=|MF|﹣a,
∴|OM|﹣|MT|=|MF|﹣|MT|﹣a=|FT|﹣a,連接OT,因?yàn)镻T是圓的切線,
則OT⊥FT,
在Rt△FOT中,|OF|=c,|OT|=a,
∴|FT|b.
∴|OM|﹣|MT|=b﹣a.
故選:B.
題型三. 漸近線性質(zhì)
1.過雙曲線C:1的右頂點(diǎn)作x軸的垂線,與C的一條漸近線相交于點(diǎn)A.若以C的右焦點(diǎn)為圓心、半徑為4的圓經(jīng)過A,O兩點(diǎn)(O為坐標(biāo)原點(diǎn)),則雙曲線C的方程為( ?。?br />
A.1 B.1
C.1 D.1
【解答】解:∵以C的右焦點(diǎn)為圓心、半徑為4的圓經(jīng)過A,O兩點(diǎn)(O為坐標(biāo)原點(diǎn)),
∴半徑R=c=4,則圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為(x﹣4)2+y2=16,
設(shè)B(a,0),yb,即A(a,b),
則(a﹣4)2+b2=16,
即a2﹣8a+16+b2=16,
即c2﹣8a=0,即8a=16,
則a=2,b2=16﹣4=12,
則雙曲線C的方程為1,
故選:D.
2.設(shè)F1,F(xiàn)2是雙曲線C:1(a>0,b>0)的左,右焦點(diǎn),O是坐標(biāo)原點(diǎn).過F2作C的一條漸近線的垂線,垂足為P,若|PF1||OP|,則C的離心率為 ?。?br />
【解答】解:雙曲線C:1(a>0.b>0)的一條漸近線方程為y,
∴點(diǎn)F2到漸近線的距離d,即|PF2|=b,
∴|OP|a,cos∠PF2O,
∵|PF1||OP|,
∴|PF1|a,
在三角形F1PF2中,由余弦定理可得|PF1|2=|PF2|2+|F1F2|2﹣2|PF2|?|F1F2|COS∠PF2O,
∴6a2=b2+4c2﹣2×b×2c4c2﹣3b2=4c2﹣3(c2﹣a2),
即3a2=c2,得e,
故答案為:.
3.已知斜率為1的直線l與雙曲線1(a>0,b>0)相交于A,B兩點(diǎn),且AB的中點(diǎn)為M(1,3),則雙曲線的漸近線方程為( ?。?br />
A.y=±3x B.y=±x C.y=± D.y=±x
【解答】解:設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則,
兩式相減可得:0,
∵斜率為1的直線l與雙曲線1(a>0,b>0)相交于A,B兩點(diǎn),A、B的中點(diǎn)為M(1,3),
∴k?kOM3,
∴yx=±x.
故選:B.
4.已知雙曲線1(a>0,b>0)的右焦點(diǎn)為F,若過F且傾斜角為60°的直線分別與雙曲線的左右兩支相交,則此雙曲線離心率的取值范圍是?。?,+∞)?。?br />
【解答】解:依題意,斜率為的直線l過雙曲線1(a>0,b>0)
的右焦點(diǎn)為F且與雙曲線的左右兩支分別相交,
結(jié)合圖形分析可知,
雙曲線的一條漸近線的斜率必大于,
即,
因此該雙曲線的離心率e2.
故答案為:(2,+∞).
題型四. 構(gòu)建等量關(guān)系求離心率
1.設(shè)雙曲線的右焦點(diǎn)是F,左、右頂點(diǎn)分別是A1,A2,過F做x軸的垂線交雙曲線于B,C兩點(diǎn),若A1B⊥A2C,則雙曲線的離心率為 ?。?br />
【解答】解:由題意可知:左、右頂點(diǎn)分別是A1(﹣a,0),A2(a,0),
當(dāng)x=c時(shí),代入雙曲線方程,解得:y=±,
設(shè)B(c,),C(c,),
則直線A1B的斜率k1,
直線A2C的斜率k2,
由A1B⊥A2C,則k1×k2=﹣1,即1,
則1,
雙曲線的離心率e,
故答案為:.
2.過雙曲線M:x21的左頂點(diǎn)A作斜率為1的直線l,若l與雙曲線M的兩條漸近線分別相交于B、C,且|AB|=|BC|,則雙曲線M的離心率是( ?。?br />
A. B. C. D.
【解答】解:過雙曲線的左頂點(diǎn)A(﹣1,0)作斜率為1的直線l:y=x+1,
若l與雙曲線M的兩條漸近線分別相交于點(diǎn)B(x1,y1),C(x2,y2),
聯(lián)立方程組
代入消元得(b2﹣1)x2﹣2x﹣1=0,
∴,
∴x1+x2=﹣2x1x2,
又|AB|=|BC|,則B為AC中點(diǎn),2x1=﹣1+x2,
代入解得,
∴b2=9,雙曲線M的離心率e,
故選:A.
3.已知F1、F2是雙曲線1(a>0,b>0)的兩個(gè)焦點(diǎn),以線段F1F2為邊作正△MF1F2,若邊MF1的中點(diǎn)在雙曲線時(shí),雙曲線的離心率e= ?。?br />
【解答】解:以線段F1F2為邊作正△MF1F2,則M在y軸上,
可設(shè)|F1F2|=2c,則M(0,c),
又F1(﹣c,0),則邊MF1的中點(diǎn)為(,c),
代入雙曲線方程,可得,
1,由于b2=c2﹣a2,e,
則有e24,即有e4﹣8e2+4=0,
解得,e2=4,由于e>1,即有e=1.
故答案為:1.
4.(2019·全國卷Ⅰ) 已知雙曲線的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,過F1的直線與C的兩條漸近線分別交于A、B兩點(diǎn).若,,則雙曲線C的離心率為( )
A. B. C.2 D.
【解答】解:∵,OF1=OF2,∠BF1F2=∠BF1F2,
∴△AF1O∽△BF1F2,
又∵,
∴OA⊥F1B,
∴,即,
∴直線F1B的方程為,
聯(lián)立直線F1B與漸近線y,即,解得,
∵,
∴,化簡可得b2=3a2,
由雙曲線的性質(zhì),可得c2﹣a2=b2=3a2,即c2=4a2,
∴c=2a,
∴.
故選:C.
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題型五. 離心率的取值范圍
1.設(shè)點(diǎn)P在雙曲線的右支上,雙曲線的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,若|PF1|=4|PF2|,則雙曲線離心率的取值范圍是( ?。?br />
A. B.(1,2] C. D.[2,+∞)
【解答】解:∵|PF1|=4|PF2|,
∴由雙曲線的定義可得|PF1|﹣|PF2|=3|PF2|=2a,
∴|PF2|a,
∵點(diǎn)P在雙曲線的右支上,
∴|PF2|≥c﹣a,
∴a≥c﹣a,即a≥c,
∴e,
∵e>1,
∴1<e,
∴雙曲線的離心率e的取值范圍為(1,].
故選:A.
2.已知雙曲線(a>0,b>0)的左右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,O為坐標(biāo)原點(diǎn),點(diǎn)M為雙曲線右支上一點(diǎn),若|F1F2|=2|OM|,tan∠MF2F1≥2,則雙曲線C的離心率的取值范圍為?。?,] .
【解答】解:法一:∵|F1F2|=2|OM|,∴,
∴,,
∵|MF1|﹣|MF2|=2a,
∴,
設(shè),則,
∴,∴1<e2≤5,∴.
法二:∵|F1F2|=2|OM|,∴,令|MF1|=r1,|MF2|=r2,
∠MF2F1=θ,tanθ≥2,r1=2csinθ,r2=2ccosθ,
∴2a=r1﹣r2=2c(sinθ﹣cosθ),∴,∴,
∴.
故答案為:(1,].
3.F1,F(xiàn)2是雙曲線1(a>0,b>0)的左右焦點(diǎn),若雙曲線上存在點(diǎn)P滿足a2,則雙曲線離心率的取值范圍為( ?。?br />
A.[,+∞) B.[,+∞) C.(1,] D.(1,]
【解答】解:設(shè)PF1=r1,PF2=r2,則a2?r1r2cos∠F1PF2=﹣a2,
再根據(jù)余弦定理得r1r2?a2,即r12+r22=4c2﹣2a2,①,
又由雙曲線的定義可得:|r1﹣r2|=2a,即r12+r22﹣2r1r2=4a2,②
又r1+r2≥2c,即r12+r22+2r1r2≥4c2,③
②+③得2(r12+r22)≥4a2+4c2,將①代入得:2(4c2﹣2a2)≥4a2+4c2,
化簡得:c2≥2a2,∴e2≥2,∴e.
故選:B.
課后作業(yè). 雙曲線
1.已知F1,F(xiàn)2是雙曲線E:(a>0,b>0)的左右焦點(diǎn),F(xiàn)2與拋物線C:y2=4x的焦點(diǎn)重合,點(diǎn)M在E上,MF2與x軸垂直,|MF2|=2,則E的離心率為( ?。?br />
A. B. C. D.2
【解答】解:F2與拋物線C:y2=4x的焦點(diǎn)重合,
則F2(,0),
即c,
∴|F1F2|=2c=2,
∵M(jìn)F2與x軸垂直,|MF2|=2,
∴|MF1|=2a+2,
∴(2a+2)2=22+(2)2,
解得a=1,
∴e,
故選:C.
2.已知M(x0,y0)是雙曲線C:y2=1上的一點(diǎn),F(xiàn)1、F2是C上的兩個(gè)焦點(diǎn),若∠F1MF2為鈍角,則y0的取值范圍是 ?。?br />
【解答】解:由題意,∵∠F1MF2為鈍角,
∴?(x0,﹣y0)?(x0,﹣y0)=x02﹣3+y02=3y02﹣1<0,且3y02﹣1≠﹣1
∴y0且y0≠﹣1.
∴y0的取值范圍是.
故答案為:.
3.設(shè)F1、F2分別為雙曲線(a>0,b>0)的左、右焦點(diǎn),過F1的直線l與圓O:x2+y2=a2相切,l與C的漸近線在第一象限內(nèi)的交點(diǎn)是P,若PF2⊥x軸,則雙曲線的離心率等于( ?。?br />
A. B.2 C.2 D.4
【解答】解:依題意雙曲線的漸近線方程:ax﹣by=0,因?yàn)镻F2⊥x軸,可得
P(c,),直線PF1:的斜率為:k,直線方程為:y(x+c),直線與圓x2+y2=a2相切,
所以a,
整理得:
(bc)2=a2(4a2+b2),則c4﹣2a2c2﹣3a4=0,即e4﹣2e2﹣3=0,
e>1,
解得e,
故選:A.
4.已知雙曲線C:1(a>0,b>0)的左右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),點(diǎn)P在雙曲線的右支上,且滿足|F1F2|=2|OP|.若直線PF2與雙曲線C只有一個(gè)交點(diǎn),則雙曲線C的離心率為( ?。?br />
A. B. C. D.
【解答】解:雙曲線C:1(a>0,b>0)的左右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),點(diǎn)P在雙曲線的右支上,
且滿足|F1F2|=2|OP|.可得PF1⊥PF2,直線PF2與雙曲線C只有一個(gè)交點(diǎn),
可得PF2的斜率:,設(shè)PF1=m,PF2=n,可得,m﹣n=2a,m2+n2=4c2,
消去m,n,可得:,解得b=2a,即c2﹣a2=4a2,
所以雙曲線的離心率為:e.
故選:C.
5.已知雙曲線C:1(a>0,b>0)的一個(gè)焦點(diǎn)為F,點(diǎn)A,B是C的一條漸近線上關(guān)于原點(diǎn)對稱的兩點(diǎn),以AB為直徑的圓過F且交C的左支于M,N兩點(diǎn),若|MN|=2,△ABF的面積為8,則C的漸近線方程為( ?。?br />
A.y B.y C.y=±2x D.y
【解答】解:設(shè)雙曲線的另一個(gè)焦點(diǎn)為F',由雙曲線的對稱性,可得四邊形AFBF'是矩形,
∴S△ABF=S△ABF',
即bc=8,
由,可得y=±,
則|MN|2,即b2=c,
∴b=2,c=4,
∴a2,
∴C的漸近線方程為y=±x,
故選:B.
6.過雙曲線的右焦點(diǎn)且垂直于x軸的直線與雙曲線交于A,B兩點(diǎn),與雙曲線的漸近線交于C,D兩點(diǎn),若|AB||,則雙曲線離心率的取值范圍為 .
【解答】解:易知,因?yàn)闈u近線,所以 ,
由化簡得,即,
所以,從而,
解得.
故答案為:.
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