高三理科数学 导学案 平面解析几何 编制: 审阅:第二讲 双曲线(2课时) 班级 姓名【考试说明】1.了双曲线的定义、几何图形和标准方程,知道其简单几何性质(范围、对称性、顶点、离心率、)2.理解数形结合的思想. 3.了解双曲线的简单应用.【知识聚焦】(必须清楚、必须牢记)1.双曲线定义平面内与两个定点F 1,F 2的____________等于常数(小于|F 1F 2|)的点的轨迹叫做双曲线.这两个定点叫做_____________,两焦点间的距离叫做_______________.集合P ={M |||MF 1|-|MF 2||=2a },|F 1F 2|=2c ,其中a ,c 为常数且a >0,c >0.(1)当______________时,P 点的轨迹是双曲线;(2)当_____________时,P 点的轨迹是两条射线; (3)当_____________时,P 点不存在. 2.双曲线的标准方程和几何性质3实轴和_________相等的双曲线叫做等轴双曲线.离心率e =2是双曲线为等轴双曲线的充要条件,且等轴双曲线两条渐近线互相垂直.一般可设其方程为x 2-y 2=λ(λ≠0).4.巧设双曲线方程 (1)与双曲线x 2a 2-y 2b 2=1 (a >0,b >0)有共同渐近线的方程可表示为x 2a 2-y 2b 2=t (t ≠0).(2)过已知两个点的双曲线方程可设为x 2m +y 2n=1 (mn <0).【链接教材】(打好基础,奠基成长)1.(教材改编)若双曲线x 2a 2-y 2b2=1 (a >0,b >0)的焦点到其渐近线的距离等于实轴长,则该双曲线的离心率为( )A. 5 B .5 C. 2 D .22.(2015·安徽)下列双曲线中,渐近线方程为y =±2x 的是( )A .x 2-y 24=1 B.x 24-y 2=1 C .x 2-y 22=1D.x 22-y 2=1 高三理科数学 导学案 平面解析几何 编制: 审阅:3.(2014·广东)若实数k 满足0<k <9,则曲线x 225-y 29-k =1与曲线x 225-k -y 29=1的( )A .焦距相等B .实半轴长相等C .虚半轴长相等D .离心率相等4.已知F 为双曲线C :x 2-my 2=3m (m >0)的一个焦点,则点F 到C 的一条渐近线的距离为________. 5.(教材改编)经过点A (3,-1),且对称轴都在坐标轴上的等轴双曲线方程为_______.6. 设双曲线x 2a 2-y 29=1(a >0)的渐近线方程为3x ±2y =0,则a 的值为( )A.4B.3C.2D.17 (2013·湖北)已知0<θ<π4,则双曲线C 1:x 2cos 2θ-y 2sin 2θ=1与C 2:y 2sin 2θ-x 2sin 2θtan 2θ=1的( )A.实轴长相等 B .虚轴长相等 C.焦距相等 D.离心率相等8. 已知曲线方程x 2λ+2-y2λ+1=1,若方程表示双曲线,则λ的取值范围是________________.【课堂考点探究】探究点一 双曲线定义的应用例1 1.已知圆C 1:(x +3)2+y 2=1和圆C 2:(x -3)2+y 2=9,动圆M 同时与圆C 1及圆C 2相外切,则动圆圆心M 的轨迹方程为____________________. 2. 设P 是双曲线2211620y x-=上的一点,F1F2分别是双曲线的左右焦点,若为129PFPF ==则( )A.1B.17C.1或17D.以上答案均不对 [总结反思]探究点二 双曲线的标准方程的求法例2 1.根据下列条件,求双曲线的标准方程:(1)虚轴长为12,离心率为54;(2)经过两点P (-3,27)和Q (-62,-7).2 .(2014·天津)已知双曲线x 2a 2-y 2b2=1(a >0,b >0)的一条渐近线平行于直线l :y =2x +10,双曲线的一个焦点在直线l上,则双曲线的方程为( ) A.x 25-y 220=1 B.x 220-y 25=1 C.3x 225-3y 2100=1 D.3x 2100-3y 225=1[总结反思]变式题 (1)(2015·课标全国Ⅱ)已知双曲线过点(4,3),且渐近线方程为y =±12x ,则该双曲线的标准方程为__________________.(2)设椭圆C 1的离心率为513,焦点在x 轴上且长轴长为26,若曲线C 2上的点到椭圆C 1的两个焦点的距离的差的绝对值等于8,则曲线C 2的标准方程为________.探究点三 双曲线的几何性质例3 (1)过双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的一个焦点F 作一条渐近线的垂线,垂足为点A ,与另一条渐近线交于点B ,若FB →=2F A →,则此双曲线的离心率为( )A. 2B. 3 C .2 D.5高三理科数学 导学案 平面解析几何 编制: 审阅:(2)(2015·山东)平面直角坐标系xOy 中,双曲线C 1:x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的渐近线与抛物线C 2:x 2=2py (p >0)交于点O ,A ,B .若△OAB 的垂心为C 2的焦点,则C 1的离心率为________.[总结反思]变式题(1)(2015·重庆)设双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的右焦点是F ,左,右顶点分别是A 1,A 2,过F 作A 1A 2的垂线与双曲线交于B ,C 两点,若A 1B ⊥A 2C ,则该双曲线的渐近线的斜率为( ) A .±12 B .±22C .±1D .±2(2)(2015·湖北)将离心率为e 1的双曲线C 1的实半轴长a 和虚半轴长b (a ≠b )同时增加m (m >0)个单位长度,得到离心率为e 2的双曲线C 2,则( )A .对任意的a ,b ,e 1<e 2B .当a >b 时,e 1<e 2;当a <b 时,e 1>e 2C .对任意的a ,b ,e 1>e 2D .当a >b 时,e 1>e 2;当a <b 时,e 1<e 2探究点四 直线与双曲线的综合问题例4 (1)(2015·四川)过双曲线x 2-y 23=1的右焦点且与x 轴垂直的直线,交该双曲线的两条渐近线于A ,B 两点,则|AB |等于( ) A.433B .2 3C .6D .43(2)若双曲线E :x 2a 2-y 2=1(a >0)的离心率等于2,直线y =kx -1与双曲线E 的右支交于A ,B 两点.①求k 的取值范围;②若|AB |=63,点C 是双曲线上一点,且OC →=m (OA →+OB →),求k ,m 的值.[总结反思]变式题已知双曲线C 的两个焦点分别为F 1(-2,0),F 2(2,0),双曲线C 上一点P 到F 1,F 2的距离差的绝对值等于2.(1)求双曲线C 的标准方程;(2)经过点M (2,1)作直线l 交双曲线C 的右支于A ,B 两点,且M 为AB 的中点,求直线l 的方程; (3)已知定点G (1,2),点D 是双曲线C 右支上的动点,求|DF 1|+|DG |的最小值.高三理科数学 导学案 平面解析几何 编制: 审阅:【课后作业】1.(2015·广东)已知双曲线C :x 2a 2-y 2b 2=1的离心率e =54,且其右焦点为F 2(5,0),则双曲线C 的方程为( )A.x 24-y 23=1B.x 29-y 216=1C.x 216-y 29=1D.x 23-y 24=12.设直线l 过双曲线C 的一个焦点,且与C 的一条对称轴垂直,l 与C 交于A ,B 两点,|AB |为C 的实轴长的2倍,则C 的离心率为( )A. 2B. 3 C .2 D .33.(2014·江西)过双曲线C :x 2a 2-y 2b 2=1的右顶点作x 轴的垂线,与C 的一条渐近线相交于点A .若以C 的右焦点为圆心、半径为4的圆经过A ,O 两点(O 为坐标原点),则双曲线C 的方程为( ) A.x 24-y 212=1 B.x 27-y 29=1 C.x 28-y 28=1D.x 212-y 24=1 4.(2015·课标全国Ⅰ)已知M (x 0,y 0)是双曲线C :x 22-y 2=1上的一点,F 1,F 2是C 的两个焦点,若MF 1→·MF 2→<0,则y 0的取值范围是( ) A.⎝⎛⎭⎫-33,33 B.⎝⎛⎭⎫-36,36 C.⎝⎛⎭⎫-223,223 D.⎝⎛⎭⎫-233,233 5.已知椭圆x 2a 21+y 2b 21=1 (a 1>b 1>0)的长轴长、短轴长、焦距成等比数列,离心率为e 1;双曲线x 2a 22-y 2b 22=1 (a 2>0,b 2>0)的实轴长、虚轴长、焦距也成等比数列,离心率为e 2.则e 1e 2等于( ) A.22B .1 C. 3 D .2 6.已知F 为双曲线C :x 29-y 216=1的左焦点,P ,Q 为C 上的点.若PQ 的长等于虚轴长的2倍,点A (5,0)在线段PQ 上,则△PQF 的周长为________.7.已知双曲线x 2m -y 23m =1的一个焦点是(0,2),椭圆y 2n -x 2m=1的焦距等于4,则n =________.8.若点O 和点F (-2,0)分别为双曲线x 2a 2-y 2=1(a >0)的中心和左焦点,点P 为双曲线右支上的任意一点,则OP →·FP →的取值范围为______________.9.(2014·浙江)设直线x -3y +m =0(m ≠0)与双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的两条渐近线分别交于点A ,B .若点P (m,0)满足|P A |=|PB |,则该双曲线的离心率是________.10.已知椭圆C 1的方程为x 24+y 2=1,双曲线C 2的左、右焦点分别是C 1的左、右顶点,而C 2的左、右顶点分别是C 1的左、右焦点. (1)求双曲线C 2的方程;(2)若直线l :y =kx +2与双曲线C 2恒有两个不同的交点A 和B ,且OA →·OB →>2(其中O 为原点),求k 的取值范围.双曲线 参考答案 【基础回眸】1.答案 A 解析 由题意得b =2a ,又a 2+b 2=c 2,∴5a 2=c 2.∴e 2=c 2a 2=5,∴e = 5. 2.答案 A 解析 由双曲线渐近线方程的求法知:双曲线x 2-y 24=1的渐近线方程为y =±2x ,故选A.3.答案 A 解析 因为0<k <9,所以两条曲线都表示双曲线.双曲线x 225-y 29-k =1的实半轴长为5,虚半轴长为9-k ,焦距为225+(9-k )=234-k ,离心率为34-k 5.双曲线x 225-k -y 29=1的实半轴长为25-k ,虚半轴长为3,焦距为2(25-k )+9=234-k ,离心率为34-k25-k,故两曲线只有焦距相等.故选A. 4.3解析 双曲线C 的标准方程为x 23m -y 23=1(m >0),其渐近线方程为y =±mmx ,即my =±x ,不妨选取右焦点F (3m +3,0)到其中一条渐近线x -my =0的距离求解,得d =3m +3m +1= 3.5. x 28-y 28=1解析设双曲线的方程为x 2a 2-y 2a 2=±1(a >0),把点A (3,-1)代入,得a 2=8,故所求方程为x 28-y 28=1.6.C 解:由双曲线方程可知渐近线方程为y =±3ax ,又a >0,可知a =2.故选C.7.D 解:易知双曲线C 1实轴长为2cos θ,虚轴长为2sin θ,焦距为2,离心率为1cos θ;双曲线C 2实轴长为2sin θ,虚轴长为2sin θtan θ,焦距为2tan θ,离心率为1cos θ,又0<θ<π4,所以sin θ≠cos θ,tan θ≠1,综上知两双曲线只有离心率相等. 8.(-∞,-2)∪(-1,+∞).解:∵方程x 2λ+2-y2λ+1=1表示双曲线, ∴(λ+2)(λ+1)>0,解得λ<-2或λ>-1.【典例精讲】 例1 1.x 2-y 28=1(x ≤-1) 2.B 1.解析 如图所示,设动圆M 与圆C 1及圆C 2分别外切于A 和B . 根据两圆外切的条件,得|MC 1|-|AC 1|=|MA |,|MC 2|-|BC 2|=|MB |, 因为|MA |=|MB |,所以|MC 1|-|AC 1|=|MC 2|-|BC 2|,即|MC 2|-|MC 1|=|BC 2|-|AC 1|=2,所以点M 到两定点C 1、C 2的距离的差是常数且小于|C 1C 2|=6. 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 2的距离大,与C 1的距离小), 其中a =1,c =3,则b 2=8.故点M 的轨迹方程为x 2-y 28=1(x ≤-1). 例2 解 (1)设双曲线的标准方程为x 2a 2-y 2b 2=1或y 2a 2-x 2b 2=1(a >0,b >0).由题意知,2b =12,e =c a =54.∴b =6,c =10,a =8. ∴双曲线的标准方程为x 264-y 236=1或y 264-x 236=1.(2)设双曲线方程为mx 2-ny 2=1(mn >0).∴⎩⎪⎨⎪⎧9m -28n =1,72m -49n =1,解得⎩⎨⎧m =-175,n =-125.∴双曲线的标准方程为y 225-x 275=1.2.A 解:由题意可知,双曲线的其中一条渐近线y =b a x 与直线y =2x +10平行,∴ba=2.又双曲线的一个焦点在直线l上,∴-2c +10=0,c =5.∴a 2+b 2=c 2=25.将b =2a 代入上式得a 2=5,b 2=20,故双曲线的方程为x 25-y 220=1.变式 答案 (1)x 24-y 2=1 (2)x 216-y 29=1解析 (1)由双曲线渐近线方程为y =±12x ,可设该双曲线的标准方程为x 24-y 2=λ(λ≠0),已知该双曲线过点(4,3),所以424-(3)2=λ,即λ=1,故所求双曲线的标准方程为x 24-y 2=1.(2)由题意知椭圆C 1的焦点坐标为F 1(-5,0),F 2(5,0),设曲线C 2上的一点P ,则||PF 1|-|PF 2||=8. 由双曲线的定义知:a =4,b =3.故曲线C 2的标准方程为x 242-y 232=1.即x 216-y 29=1.例3 答案 (1)C (2)32解析 (1)如图,∵FB →=2F A →,∴A 为线段BF 的中点,∴∠2=∠3.又∠1=∠2,∴∠2=60°,∴ba =tan 60°=3,∴e 2=1+(ba)2=4,∴e =2.(2)由题意,不妨设直线OA 的方程为y =b a x ,直线OB 的方程为y =-bax .由⎩⎪⎨⎪⎧y =b a x ,x 2=2py ,得x 2=2p ·bax ,∴x =2pb a ,y =2pb 2a 2,∴A ⎝⎛⎭⎫2pb a ,2pb 2a 2.设抛物线C 2的焦点为F ,则F ⎝⎛⎭⎫0,p 2,∴k AF =2pb 2a 2-p22pba .∵△OAB 的垂心为F ,∴AF ⊥OB ,∴k AF ·k OB =-1,∴2pb 2a 2-p22pb a ·⎝⎛⎭⎫-b a =-1,∴b 2a 2=54. 设C 1的离心率为e ,则e 2=c 2a 2=a 2+b 2a 2=1+54=94.∴e =32.变式 答案 (1)C (2)B解析 (1)如图,双曲线x 2a 2-y 2b 2=1的右焦点F (c,0),左,右顶点分别为A 1(-a,0),A 2(a,0),易求B ⎝⎛⎭⎫c ,b 2a ,C ⎝⎛⎭⎫c ,-b2a , 则kA 2C =b 2a a -c ,kA 1B =b 2aa +c,又A 1B 与A 2C 垂直,则有kA 1B ·kA 2C =-1,即b 2a a +c ·b 2a a -c =-1,∴b 4a 2c 2-a 2=1,∴a 2=b 2,即a =b ,∴渐近线斜率k =±ba =±1. (2)e 1=1+b 2a 2,e 2=1+(b +m )2(a +m )2.不妨令e 1<e 2,化简得b a <b +m a +m (m >0),得bm <am ,得b <a .所以当b >a 时,有b a >b +m a +m ,即e 1>e 2;当b <a 时,有b a <b +ma +m ,即e 1<e 2.故选B.例4 (1)答案 D解析 右焦点F (2,0),过F 与x 轴垂直的直线为x =2,渐近线方程为x 2-y 23=0,将x =2代入渐近线方程得y 2=12,∴y =±23,∴A (2,23),B (2,-23),∴|AB |=4 3. (2)解 ①由⎩⎪⎨⎪⎧c a =2,a 2=c 2-1得⎩⎪⎨⎪⎧a 2=1,c 2=2,故双曲线E 的方程为x 2-y 2=1.设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),由⎩⎪⎨⎪⎧y =kx -1,x 2-y 2=1,得(1-k 2)x 2+2kx -2=0.(*)∵直线与双曲线右支交于A ,B 两点,故⎩⎪⎨⎪⎧k >1,Δ=(2k )2-4(1-k 2)×(-2)>0,即⎩⎨⎧k >1,-2<k <2,所以1<k < 2. 故k 的取值范围是{k |1<k <2}.②由(*)得x 1+x 2=2k k 2-1,x 1x 2=2k 2-1,∴|AB |=1+k 2·(x 1+x 2)2-4x 1x 2=2(1+k 2)(2-k 2)(k 2-1)2=63,整理得28k 4-55k 2+25=0,∴k 2=57或k 2=54,又1<k <2,∴k =52,所以x 1+x 2=45,y 1+y 2=k (x 1+x 2)-2=8.设C (x 3,y 3),由OC →=m (OA →+OB →),得(x 3,y 3)=m (x 1+x 2,y 1+y 2)=(45m,8m ). ∵点C 是双曲线上一点. ∴80m 2-64m 2=1,得m =±14.故k =52,m =±14. 变式答案 解 (1)依题意,得双曲线C 的实半轴长为a =1,半焦距为c =2,所以其虚半轴长b =c 2-a 2= 3. 又其焦点在x 轴上,所以双曲线C 的标准方程为x 2-y 23=1. (2)设A ,B 的坐标分别为(x 1,y 1),(x 2,y 2),则⎩⎪⎨⎪⎧3x 21-y 21=3,3x 22-y 22=3.两式相减,得3(x 1-x 2)(x 1+x 2)-(y 1-y 2)(y 1+y 2)=0.因为M (2,1)为AB 的中点,所以⎩⎪⎨⎪⎧x 1+x 2=4,y 1+y 2=2,所以12(x 1-x 2)-2(y 1-y 2)=0,即k AB =y 1-y 2x 1-x 2=6,故AB 所在直线l 的方程为y -1=6(x -2),即6x -y -11=0. (3)由已知,得|DF 1|-|DF 2|=2,即|DF 1|=|DF 2|+2,所以|DF 1|+|DG |=|DF 2|+|DG |+2≥|GF 2|+2,当且仅当G ,D ,F 2三点共线时取等号.因为|GF 2|=(1-2)2+22=5,所以|DF 2|+|DG |+2≥|GF 2|+2=5+2,故|DF 1|+|DG |的最小值为5+2. 【必做题】1. C 解析 因为所求双曲线的右焦点为F 2(5,0)且离心率为e =c a =54,所以c =5,a =4,b 2=c 2-a 2=9,所以所求双曲线方程为x 216-y 29=1,故选C.2.答案 B解析 设双曲线的标准方程为x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0),由于直线l 过双曲线的焦点且与对称轴垂直,因此直线l 的方程为:x =c 或x =-c ,代入x 2a 2-y 2b 2=1得y 2=b 2(c 2a 2-1)=b 4a 2,∴y =±b 2a ,故|AB |=2b 2a ,依题意2b 2a =4a ,∴b 2a 2=2,∴c 2-a 2a2=e 2-1=2,∴e = 3.3.答案 A 解析 由⎩⎪⎨⎪⎧x =a ,y =-ba x ,得⎩⎪⎨⎪⎧x =a ,y =-b ,∴A (a ,-b ).由题意知右焦点到原点的距离为c =4, ∴(a -4)2+(-b )2=4,即(a -4)2+b 2=16.而a 2+b 2=16,∴a =2,b =2 3.∴双曲线C 的方程为x 24-y 212=1.4.答案 A解析 由题意知a =2,b =1,c =3,∴F 1(-3,0),F 2(3,0),∴MF 1→=(-3-x 0,-y 0),MF 2→=(3-x 0,-y 0).∵MF 1→·MF 2→<0,∴(-3-x 0)(3-x 0)+y 20<0, 即x 20-3+y 20<0.∵点M (x 0,y 0)在双曲线上,∴x 202-y 20=1,即x 20=2+2y 20,∴2+2y 20-3+y 20<0,∴-33<y 0<33.故选A. 5.答案 B解析 由b 21=a 1c 1,得a 21-c 21=a 1c 1,∴e 1=c 1a 1=5-12.由b 22=a 2c 2,得c 22-a 22=a 2c 2,∴e 2=c 2a 2=5+12. ∴e 1e 2=5-12×5+12=1. 6.答案 44解析 由双曲线C 的方程,知a =3,b =4,c =5,∴点A (5,0)是双曲线C 的右焦点,且|PQ |=|QA |+|P A |=4b =16,由双曲线定义,得|PF |-|P A |=6,|QF |-|QA |=6.∴|PF |+|QF |=12+|P A |+|QA |=28, 因此△PQF 的周长为|PF |+|QF |+|PQ |=28+16=44. 7.答案 5解析 因为双曲线的焦点是(0,2),所以焦点在y 轴上,所以双曲线的方程为y 2-3m -x 2-m =1,即a 2=-3m ,b 2=-m ,所以c 2=-3m -m =-4m =4,解得m =-1.所以椭圆方程为y 2n+x 2=1,且n >0,椭圆的焦距为4,所以c 2=n -1=4或1-n =4,解得n =5或-3(舍去). 8.答案 [3+23,+∞) 解析 由条件知a 2+1=22=4,∴a 2=3,∴双曲线方程为x 23-y 2=1, 设P 点坐标为(x ,y ),则OP →=(x ,y ),FP →=(x +2,y ),∵y 2=x 23-1,∴OP →·FP →=x 2+2x +y 2=x 2+2x +x 23-1=43x 2+2x -1=43(x +34)2-74.又∵x ≥3(P 为右支上任意一点),∴OP →·FP →≥3+2 3. 9.答案 52 解析 双曲线x 2a 2-y 2b 2=1的渐近线方程为y =±b a x .由⎩⎪⎨⎪⎧y =b a x ,x -3y +m =0得A (am 3b -a ,bm 3b -a),由⎩⎪⎨⎪⎧y =-b a x ,x -3y +m =0得B (-am a +3b ,bm a +3b ),所以AB 的中点C 的坐标为(a 2m 9b 2-a 2,3b 2m9b 2-a 2).设直线l :x -3y +m =0(m ≠0),因为|P A |=|PB |,所以PC ⊥l ,所以k PC =-3,化简得a 2=4b 2. 在双曲线中,c 2=a 2+b 2=5b 2,所以e =c a =52.10.解 (1)设双曲线C 2的方程为x 2a 2-y 2b 2=1 (a >0,b >0),则a 2=3,c 2=4,再由a 2+b 2=c 2,得b 2=1.故C 2的方程为x 23-y 2=1.(2)将y =kx +2代入x 23-y 2=1,得(1-3k 2)x 2-62kx -9=0.由直线l 与双曲线C 2交于不同的两点,得⎩⎨⎧1-3k 2≠0,Δ=(-62k )2+36(1-3k 2)=36(1-k 2)>0,∴k 2≠13且k 2<1.① 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则x 1+x 2=62k 1-3k 2,x 1x 2=-91-3k 2. ∴x 1x 2+y 1y 2=x 1x 2+(kx 1+2)(kx 2+2)=(k 2+1)x 1x 2+2k (x 1+x 2)+2=3k 2+73k 2-1.又OA →·OB →>2,得x 1x 2+y 1y 2>2,∴3k 2+73k 2-1>2,即-3k 2+93k 2-1>0,解得13<k 2<3.②由①②得13<k 2<1,故k 的取值范围为⎝⎛⎭⎫-1,-33∪⎝⎛⎭⎫33,1.。