2025年高考数学一轮复习-8.6.1-双曲线的定义、方程与性质【导学案】
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这是一份2025年高考数学一轮复习-8.6.1-双曲线的定义、方程与性质【导学案】,共14页。
【例1】 (1)已知F1,F2为双曲线C:x2-y2=2的左、右焦点,点P在C上,|PF1|=2|PF2|,则cs∠F1PF2= ;
(2)已知F是双曲线x24-y212=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 .
听课记录
解题技法
双曲线定义的应用主要有两个方面
1.已知动点M(x,y)满足(x+2)2+y2-(x-2)2+y2=4,则动点M的轨迹是( )
A.射线 B.直线
C.椭圆 D.双曲线的一支
2.双曲线x216-y29=1的左、右焦点分别为F1,F2,在左支上过点F1的弦AB的长为5,那么△ABF2的周长是( )
A.12 B.16
C.21 D.26
【例2】 (1)双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)过点(2,3),且离心率为2,则该双曲线的标准方程为( )
A.x2-y23=1 B.x23-y2=1
C.x2-y23=1 D.x23-y2=1
(2)在平面直角坐标系中,已知△ABC的顶点A(-3,0),B(3,0),其内切圆圆心在直线x=2上,则顶点C的轨迹方程为( )
A.x24-y25=1(x>2)B.x29-y25=1(x>3)
C.x29+y25=1(0<x<2)D.x29+y24=1(0<x<3)
听课记录
解题技法
求双曲线标准方程的两种方法
(1)待定系数法:设出双曲线方程的标准形式,根据已知条件,列出参数a,b,c的方程(组)并求出a,b,c的值;
(2)定义法:依定义得出距离之差的等量关系式,求出a的值,由定点位置确定c的值.
提醒 求双曲线的标准方程时,若焦点位置不确定,要注意分类讨论,也可以设双曲线方程为mx2+ny2=1(mn<0)求解.
1.焦点在x轴上,焦距为10,且与双曲线y24-x2=1有相同渐近线的双曲线的标准方程是 .
2.经过点P(3,27),Q(-62,7)的双曲线的标准方程为 .
考向1 双曲线的渐近线
【例3】 (1)已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的焦距为25,且实轴长为2,则双曲线C的渐近线方程为( )
A.y=±12x B.y=±2x
C.y=±5x D.y=±52x
(2)(2022·全国甲卷14题)若双曲线y2-x2m2=1(m>0)的渐近线与圆x2+y2-4y+3=0相切,则m= .
听课记录
解题技法
求双曲线渐近线方程的方法
(1)求双曲线中a,b的值,进而得出双曲线的渐近线方程;
(2)求a与b的比值,进而得出双曲线的渐近线方程;
(3)令双曲线标准方程右侧为0,将所得代数式化为一次式即为渐近线方程.
提醒 两条渐近线的倾斜角互补,斜率互为相反数,且两条渐近线关于x轴,y轴对称.
考向2 双曲线的离心率
【例4】 (1)(2021·全国甲卷5题)已知F1,F2是双曲线C的两个焦点,P为C上一点,且∠F1PF2=60°,|PF1|=3|PF2|,则C的离心率为( )
A.72 B.132
C.7 D.13
(2)(2022·全国甲卷15题)记双曲线C:x2a2-y2b2=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 .
听课记录
解题技法
求双曲线离心率的两种方法
1.设F1,F2是双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点,P是双曲线C右支上一点,若|PF1|+|PF2|=4a,且∠F1PF2=60°,则双曲线C的渐近线方程是( )
A.3x±y=0B.2x±7y=0
C.3x±2y=0D.2x±3y=0
2.已知点F1,F2分别是双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点,过点F1且垂直于x轴的直线与双曲线交于A,B两点,若△ABF2是锐角三角形,则该双曲线离心率的取值范围是( )
A.(1,2) B.(1,1+2)
C.(2,+∞) D.(1+2,+∞)
3.(多选)已知双曲线C:x22-y2=λ(λ<0),则( )
A.双曲线C的实轴长为定值B.双曲线C的焦点在y轴上
C.双曲线C的离心率为定值D.双曲线C的渐近线方程为y=±22x
参考答案与解析
双曲线的定义及应用
【例1】 (1)已知F1,F2为双曲线C:x2-y2=2的左、右焦点,点P在C上,|PF1|=2|PF2|,则cs∠F1PF2= 34 ;
(2)已知F是双曲线x24-y212=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 9 .
解析:(1)∵由双曲线的定义有||PF1|-|PF2||=2a=22,∴|PF1|=2|PF2|=42,则cs∠F1PF2=|PF1|2+|PF2|2−|F1F2|22|PF1|·|PF2|=(42)2+(22)2-422×42×22=34.
(2)因为F是双曲线x24-y212=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+(4-1)2+(0-4)2=4+5=9(当A,P,H三点共线时取等号).
解题技法
双曲线定义的应用主要有两个方面
1.已知动点M(x,y)满足(x+2)2+y2-(x-2)2+y2=4,则动点M的轨迹是( )
A.射线 B.直线
C.椭圆 D.双曲线的一支
解析:A 设F1(-2,0),F2(2,0),由题意知动点M满足|MF1|-|MF2|=4=|F1F2|,故动点M的轨迹是射线,故选A.
2.双曲线x216-y29=1的左、右焦点分别为F1,F2,在左支上过点F1的弦AB的长为5,那么△ABF2的周长是( )
A.12 B.16
C.21 D.26
解析:D 依题意知|AF2|-|AF1|=2a=8,|BF2|-|BF1|=2a=8,∴(|AF2|-|AF1|)+(|BF2|-|BF1|)=16,又|AB|=5,∴|AF2|+|BF2|=16+(|AF1|+|BF1|)=16+|AB|=16+5=21.∴|AF2|+|BF2|+|AB|=21+5=26.即△ABF2的周长是26.故选D.
双曲线的标准方程
【例2】 (1)双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)过点(2,3),且离心率为2,则该双曲线的标准方程为( )
A.x2-y23=1 B.x23-y2=1
C.x2-y23=1 D.x23-y2=1
(2)在平面直角坐标系中,已知△ABC的顶点A(-3,0),B(3,0),其内切圆圆心在直线x=2上,则顶点C的轨迹方程为( )
A.x24-y25=1(x>2)
B.x29-y25=1(x>3)
C.x29+y25=1(0<x<2)
D.x29+y24=1(0<x<3)
答案:(1)A (2)A
解析:(1)因为e=ca=2,所以c=2a,b=c2-a2=3a,则双曲线的方程为x2a2-y23a2=1,将点(2,3)的坐标代入双曲线的方程,得2a2-33a2=1a2=1,解得a=1,故b=3,因此双曲线的标准方程为x2-y23=1.故选A.
(2)如图,设△ABC与圆的切点分别为D,E,F,
则有|AD|=|AE|=5,|BF|=|BE|=1,|CD|=|CF|,所以|CA|-|CB|=5-1=4.根据双曲线定义,所求轨迹是以A,B为焦点,实轴长为4的双曲线的右支(右顶点除外),即c=3,a=2,又c2=a2+b2,所以b2=5,所以顶点C的轨迹方程为x24-y25=1(x>2).
解题技法
求双曲线标准方程的两种方法
(1)待定系数法:设出双曲线方程的标准形式,根据已知条件,列出参数a,b,c的方程(组)并求出a,b,c的值;
(2)定义法:依定义得出距离之差的等量关系式,求出a的值,由定点位置确定c的值.
提醒 求双曲线的标准方程时,若焦点位置不确定,要注意分类讨论,也可以设双曲线方程为mx2+ny2=1(mn<0)求解.
1.焦点在x轴上,焦距为10,且与双曲线y24-x2=1有相同渐近线的双曲线的标准方程是 x25-y220=1 .
解析:设所求双曲线的标准方程为y24-x2=-λ(λ>0),即x2λ-y24λ=1,则有4λ+λ=25,解得λ=5,所以所求双曲线的标准方程为x25-y220=1.
2.经过点P(3,27),Q(-62,7)的双曲线的标准方程为 y225-x275=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(3,27),Q(-62,7),所以9m+28n=1,72m+49n=1,解得m=-175,n=125.故所求双曲线标准方程为y225-x275=1.
双曲线的几何性质
考向1 双曲线的渐近线
【例3】 (1)已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的焦距为25,且实轴长为2,则双曲线C的渐近线方程为( B )
A.y=±12x B.y=±2x
C.y=±5x D.y=±52x
(2)(2022·全国甲卷14题)若双曲线y2-x2m2=1(m>0)的渐近线与圆x2+y2-4y+3=0相切,则m= 33 .
解析:(1)由题意可知,2c=25,2a=2,所以c=5,a=1,所以b=c2-a2=2,则ba=2.故该双曲线C的渐近线方程为y=±2x.
(2)双曲线的渐近线方程为x±my=0,圆x2+y2-4y+3=0的方程可化为x2+(y-2)2=1,则圆心坐标为(0,2),半径r=1.∵双曲线的渐近线与圆相切,∴圆心到渐近线的距离d=|0±2m|1+m2=1,得m=33.
解题技法
求双曲线渐近线方程的方法
(1)求双曲线中a,b的值,进而得出双曲线的渐近线方程;
(2)求a与b的比值,进而得出双曲线的渐近线方程;
(3)令双曲线标准方程右侧为0,将所得代数式化为一次式即为渐近线方程.
提醒 两条渐近线的倾斜角互补,斜率互为相反数,且两条渐近线关于x轴,y轴对称.
考向2 双曲线的离心率
【例4】 (1)(2021·全国甲卷5题)已知F1,F2是双曲线C的两个焦点,P为C上一点,且∠F1PF2=60°,|PF1|=3|PF2|,则C的离心率为( A )
A.72 B.132
C.7 D.13
(2)(2022·全国甲卷15题)记双曲线C:x2a2-y2b2=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 2(答案不唯一,(1,5]内的任意值均可) .
解析:(1)设|PF2|=m,|PF1|=3m,则|F1F2|=m2+9m2-2×3m×m×cs60°=7m,所以C的离心率e=ca=2c2a=|F1F2||PF1|−|PF2|=7m2m=72.
(2)双曲线C的渐近线方程为y=±bax,若直线y=2x与双曲线C无公共点,则2≥ba,∴b2a2≤4,∴e2=c2a2=1+b2a2≤5,又e>1,∴e∈(1,5].∴填写(1,5]内的任意值均可.
解题技法
求双曲线离心率的两种方法
1.设F1,F2是双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点,P是双曲线C右支上一点,若|PF1|+|PF2|=4a,且∠F1PF2=60°,则双曲线C的渐近线方程是( )
A.3x±y=0 B.2x±7y=0
C.3x±2y=0 D.2x±3y=0
解析:C ∵F1,F2是双曲线的左、右焦点,点P在双曲线右支上,∴由双曲线的定义可得|PF1|-|PF2|=2a,又知|PF1|+|PF2|=4a,∴|PF1|=3a,|PF2|=a.在△PF1F2中,由余弦定理的推论可得cs 60°=|PF1|2+|PF2|2−|F1F2|22|PF1|·|PF2|,即12=(3a)2+a2-4c22×3a×a,∴3a2=10a2-4c2,即4c2=7a2,又知b2+a2=c2,∴b2a2=34,∴双曲线C的渐近线方程为y=±32x,即3x±2y=0.
2.已知点F1,F2分别是双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点,过点F1且垂直于x轴的直线与双曲线交于A,B两点,若△ABF2是锐角三角形,则该双曲线离心率的取值范围是( )
A.(1,2) B.(1,1+2)
C.(2,+∞) D.(1+2,+∞)
解析:B 依题意,得0<∠AF2F1<π4,故0<tan∠AF2F1<1,则b2a2c=c2-a22ac<1,即e-1e<2,e2-2e-1<0,(e-1)2<2,又e>1,所以1<e<1+2.
3.(多选)已知双曲线C:x22-y2=λ(λ<0),则( )
A.双曲线C的实轴长为定值
B.双曲线C的焦点在y轴上
C.双曲线C的离心率为定值
D.双曲线C的渐近线方程为y=±22x
解析:BCD 对于A、B,由双曲线C:x22-y2=λ(λ<0),整理可得y2-λ-x2-2λ=1(λ<0),所以双曲线的焦点在y轴上,且a2=-λ,b2=-2λ(λ<0),实轴长不是定值,所以A错误,B正确;对于C,离心率e=ca=1+b2a2=3为定值,C正确;对于D,渐近线的方程为y=±abx=±22x,D正确.
1.方程x22+m-y21-m=1表示双曲线,则m的取值范围是( )
A.-2<m<1 B.m>1
C.m<-2 D.-1<m<2
解析:A 因为方程x22+m-y21-m=1表示双曲线,所以(2+m)(1-m)>0,即(m+2)(m-1)<0,解得-2<m<1.故选A.
2.已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),离心率e=2,则双曲线C的渐近线方程为( )
A.y=2x B.y=3x
C.y=±2x D.y=±3x
解析:D ba=c2-a2a2=e2-1=3,故双曲线C的渐近线方程为:y=±3x.
3.若双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)满足ba=52,且与椭圆x212+y23=1有公共焦点,则双曲线C的方程为( )
A.x24-y25=1 B.x28-y210=1
C.x25-y24=1 D.x24-y23=1
解析:A 由题意可得椭圆的焦点坐标为(-3,0),(3,0),则在双曲线C中,有ba=52,c=3,c2=a2+b2,解得a2=4,b2=5,c2=9,所以双曲线C的方程为x24-y25=1.
4.已知点A(0,2),B(0,-2),C(3,2),若动点M(x,y)满足|MA|+|AC|=|MB|+|BC|,则点M的轨迹方程为( )
A.y2-x23=1 B.y2-x23=1(y≤-1)
C.x2-y23=1 D.x2-y23=1(x≤-1)
解析:B 设M(x,y),因为|MA|+|AC|=|MB|+|BC|,故|MA|+3=|MB|+32+[2−(−2)]2,即|MA|-|MB|=2<4.故点M(x,y)的轨迹是以A(0,2),B(0,-2)为焦点的双曲线的下支,且a=1,c=2.故b2=c2-a2=3.故方程为y2-x23=1(y≤-1).
5.已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,点A是圆O:x2+y2=c2上一点,线段F2A交双曲线C的右支于点B,|F2A|=a,F2A=3F2B,则双曲线C的离心率为( )
A.62 B.332
C.362 D.6
解析:A 如图,由题意可知|F2B|=a3,|AB|=2a3,由双曲线的定义可知|BF1|=a3+2a=7a3,易得∠F1AF2=90°,则在△ABF1中,由勾股定理可得|AF1|=5a,在Rt△AF1F2中,(5a)2+a2=(2c)2,所以e=62.故选A.
6.(多选)已知双曲线C的方程为x216-y29=1,则下列说法正确的是( )
A.双曲线C的实轴长为8
B.双曲线C的渐近线方程为y=±34x
C.双曲线C的焦点到渐近线的距离为3
D.双曲线C上的点到焦点距离的最小值为94
解析:ABC 因为a2=16,所以a=4,2a=8,故A正确;因为a=4,b=3,所以双曲线C的渐近线方程为y=±bax=±34x,故B正确;因为c=a2+b2=16+9=5,所以焦点坐标为(-5,0),(5,0),焦点(5,0)到渐近线3x-4y=0的距离为|15|32+(−4)2=3,故C正确;双曲线C上的点到焦点距离的最小值为c-a=1,故D错误.
7.双曲线y2m-x2n=1(m>0,n>0)的渐近线方程为y=±22x,实轴长为2,则m-n= -1 .
解析:因为双曲线的实轴长为2m,所以2m=2,所以m=1,又渐近线方程为y=±22x,所以mn=22,解得n=2,所以m-n=-1.
8.试写出一个中心为坐标原点,焦点在坐标轴上,渐近线方程为y=±2x的双曲线方程为 x2-y24=1(答案不唯一) .
解析:因为渐近线方程为2x±y=0,设双曲线方程为4x2-y2=λ,λ≠0,所以双曲线的方程可以为x2-y24=1.
9.设双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的右焦点为F,如图所示,直线l:x=a2c与两条渐近线交于P,Q两点,N为PQ的中点,如果△PQF是直角三角形,则双曲线的离心率e= 2 .
解析:由题意知右焦点F(c,0),直线l:x=a2c,渐近线y=±bax.联立x=a2c,y=±bax,可得P(a2c,abc),Q(a2c,-abc),∴|FP|=|FQ|,即△PQF是等腰三角形.∵△PQF是直角三角形,∴∠PFQ=90°,N为PQ的中点,∴|PN|=|FN|,即abc=c-a2c,∴a=b,e=2.
10.中心在原点,焦点在x轴上的一椭圆与一双曲线有共同的焦点F1,F2,且|F1F2|=213,椭圆的长半轴与双曲线的实半轴之差为4,离心率之比为3∶7.
(1)求这两个曲线的方程;
(2)若P为这两个曲线的一个交点,求cs∠F1PF2的值.
解:(1)由已知c=13,设椭圆的长半轴长、短半轴长分别为a,b,双曲线的实半轴长、虚半轴长分别为m,n.则a-m=4,7·13a=3·13m,
解得a=7,m=3,所以b=6,n=2.所以椭圆的方程为x249+y236=1,双曲线的方程为x29-y24=1.
(2)不妨设F1,F2分别为左、右焦点,P是第一象限的一个交点,
则|PF1|+|PF2|=14,|PF1|-|PF2|=6,
所以|PF1|=10,|PF2|=4,
又|F1F2|=213,
所以cs∠F1PF2=|PF1|2+|PF2|2−|F1F2|22|PF1|·|PF2|=102+42−(213)22×10×4=45.
11.如图为陕西博物馆收藏的国宝——唐·金筐宝钿团花纹金杯,杯身曲线内收,玲珑娇美,巧夺天工,是唐代金银细作的典范之作.该杯的主体部分可以近似看作是双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的右支与y轴及平行于x轴的两条直线围成的曲边四边形ABMN绕y轴旋转一周得到的几何体,若该金杯主体部分的上口外直径为1033,下底座外直径为2393,且杯身最细之处到上杯口的距离是到下底座距离的2倍,则杯身最细之处的周长为( )
A.22π B.3π
C.23π D.4π
解析:C 该金杯主体部分的上口外直径为1033,下底座外直径为2393,且杯身最细之处到上杯口的距离是到下底座距离的2倍,可设M(533,2m),N(393,-m),代入双曲线方程可得253a2-4m2b2=1,133a2-m2b2=1,即2512a2-m2b2=14,133a2-m2b2=1,作差可得2712a2=34,解得a2=3,a=3,所以杯身最细处的周长为23π.故选C.
12.(多选)双曲线C:x24-y22=1的右焦点为F,点P在双曲线C的一条渐近线上,O为坐标原点,则下列说法正确的是( )
A.双曲线C的离心率为62
B.双曲线y24-x28=1与双曲线C的渐近线相同
C.若PO⊥PF,则△PFO的面积为2
D.|PF|的最小值为2
解析:ABC 因为a=2,b=2,所以c=a2+b2=6,所以e=ca=62,故A正确;双曲线y24-x28=1的渐近线方程为y=±22x,双曲线C的渐近线方程为y=±22x,故B正确;因为PO⊥PF,点F(6,0)到渐近线2x-2y=0的距离d=|2×6|6=2,所以|PF|=2,所以|PO|=(6)2−(2)2=2,所以△PFO的面积为12×2×2=2,故C正确;|PF|的最小值即为点F到渐近线的距离,即|PF|min=2,故D不正确.
13.已知双曲线x216-y24=1的左、右焦点分别为F1,F2.
(1)若点M在双曲线上,且MF1·MF2=0,求点M到x轴的距离;
(2)若双曲线C与已知双曲线有相同的焦点,且过点(32,2),求双曲线C的方程.
解:(1)不妨设M在双曲线的右支上,M点到x轴的距离为h,
∵MF1·MF2=0,∴MF1⊥MF2.
设|MF1|=m,|MF2|=n,
由双曲线的定义知m-n=2a=8. ①
在Rt△F1MF2中,由勾股定理得m2+n2=(2c)2=80, ②
由①②得m·n=8.
∵S△MF1F2=12mn=4=12×2ch,∴h=255.
即点M到x轴的距离为255.
(2)设双曲线C的方程为x216-λ-y24+λ=1(-4<λ<16).
∵双曲线C过点(32,2),∴1816-λ-44+λ=1,
解得λ=4或λ=-14(舍去),
∴双曲线C的方程为x212-y28=1.
14.已知F1,F2分别是双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点,点P在双曲线右支上且不与顶点重合,过F2作∠F1PF2的平分线的垂线,垂足为A,O为坐标原点,若|OA|=2b,则该双曲线的离心率为 62 .
解析:如图,记直线F2A交PF1于点Q,因为PA是∠F1PF2的平分线,所以|AQ|=|AF2|,|PQ|=|PF2|.又O是F1F2的中点,所以QF1∥AO,且|QF1|=2|OA|=22b.由双曲线的定义,知2a=|PF1|-|PF2|=|PF1|-|PQ|=|QF1|,所以2a=22b,即a=2b,a2=2b2=2(c2-a2),即3a2=2c2,所以该双曲线的离心率e=ca=62.
15.已知双曲线x2a2-y2b2=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-3,求双曲线的离心率.
解:(1)因为双曲线的渐近线方程为y=±bax,所以a=b,所以c2=a2+b2=2a2=4,所以a2=b2=2,
所以双曲线方程为x22-y22=1.
(2)设点A的坐标为(x0,y0),所以直线AO的斜率满足y0x0·(-3)=-1,所以x0=3y0, ①
依题意,圆的方程为x2+y2=c2,
将①代入圆的方程得3y02+y02=c2,
即y0=12c,所以x0=32c,
所以点A的坐标为(32c,12c),
代入双曲线方程得34c2a2-14c2b2=1,
即34b2c2-14a2c2=a2b2, ②
又因为a2+b2=c2,
所以将b2=c2-a2代入②式,整理得34c4-2a2c2+a4=0,所以3(ca)4-8(ca)2+4=0,所以(3e2-2)(e2-2)=0,
因为e>1,所以e=2。
双曲线的定义及应用
双曲线的标准方程
双曲线的几何性质
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