第八章 §8.6 双曲线-【创新教程】2026年高考数学总复习大一轮课件PPT(A版)
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内容正文:
第八章 直线和圆、圆锥曲线
§8.6 双曲线
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01
跃升 关键能力
02
课时冲关
03
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第八章 直线和圆、圆锥曲线
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★[考试要求]
1.了解双曲线的定义、几何图形和标准方程、以及它们的简单几何性质.2.通过圆锥曲线与方程的学习,进一步体会数形结合的思想.
1.双曲线的定义
把平面内与两个定点F1,F2的距离的差的 绝对值 等于非零常数( 小于 |F1F2|)的点的轨迹叫做双曲线.两个定点F1,F2叫做双曲线的 焦点 ,两焦点间的距离叫做双曲线的 焦距 .
2.双曲线的标准方程和简单几何性质
标准方程
eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1
(a>0,b>0)
eq \f(y2,a2)-eq \f(x2,b2)=1
(a>0,b>0)
图形
性
质
焦点
F1(-c,0), F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
焦距
|F1F2|=2c
范围
x≤-a 或 x≥a ,y∈R
y≤-a或y≥a,
x∈R
对称性
对称轴: 坐标轴 ;对称中心: 原点
顶点
A1(-a,0),A2(a,0)
A1(0,-a),A2(0,a)
性
质
轴
实轴:线段 A1A2 ,长: 2a ;虚轴:线段B1B2,长: 2b ,实半轴长: a ,虚半轴长: b
离心率
e=eq \f(c,a)∈ (1,+∞)
渐近线
y=±eq \f(b,a)x
y=±eq \f(a,b)x
a,b,c的关系
c2= a2+b2 (c>a>0,c>b>0
(1)双曲线的焦点到其渐近线的距离为b.
(2)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.
(3)同支的焦点弦中最短的为通径(过焦点且垂直于实轴的弦),其长为eq \f(2b2,a).
(4)若P是双曲线上不同于实轴两端点的任意一点,F1,F2分别为双曲线的左、右焦点,则=eq \f(b2,tan\f(θ,2)),其中θ为∠F1PF2.
(5)与双曲线eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)有共同渐近线的方程可表示为eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=t(t≠0).
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(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eq \f(x2,m)-eq \f(y2,n)=1(mn>0)表示焦点在x轴上的双曲线.( × )
(3)双曲线方程eq \f(x2,m2)-eq \f(y2,n2)=λ(m>0,n>0,λ≠0)的渐近线方程是eq \f(x2,m2)-eq \f(y2,n2)=0,即eq \f(x,m)±eq \f(y,n)=0.( √ )
(4)等轴双曲线的渐近线互相垂直,离心率等于eq \r(2).( √ )
2.已知平面内两定点A(-5,0),B(5,0),动点M满足|MA|-|MB|=6,则点M的轨迹方程是( )
A.eq \f(x2,16)-eq \f(y2,9)=1
B.eq \f(x2,16)-eq \f(y2,9)=1(x≥4)
C.eq \f(x2,9)-eq \f(y2,16)=1
D.eq \f(x2,9)-eq \f(y2,16)=1(x≥3)
解析:D [由双曲线的定义知,点M的轨迹是双曲线的右支,故排除A,C.又由题意可知焦点在x轴上,且c=5,a=3,所以b=eq \r(c2-a2)=4,故点M的轨迹方程为eq \f(x2,9)-eq \f(y2,16)=1(x≥3).]
3.[多选]已知双曲线方程eq \f(x2,16)-eq \f(y2,9)=1,下列说法中正确的有( )
A.焦点坐标(0,±5)
B.离心率为eq \f(5,4)
C.焦距为10
D.渐近线方程y=±eq \f(5,4)x
解析:BC [由双曲线方程eq \f(x2,16)-eq \f(y2,9)=1,得a=4,b=3,c=eq \r(16+9)=5,
焦点在x轴,所以焦点坐标(±5,0),A选项错误;
所以离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(5,4),B选项正确;
焦距为2c=10,C选项正确;
渐近线方程为y=±eq \f(b,a)x=±eq \f(3,4)x,D选项错误.]
4.设P是双曲线eq \f(x2,16)-eq \f(y2,20)=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
解析:B [根据双曲线的定义得||PF1|-|PF2||=8⇒|PF2|=1或17.又|PF2|≥c-a=2,故|PF2|=17.]
双曲线的定义及应用
[例1] (1)已知两圆C1:(x+3)2+y2=1,C2:(x-3)2+y2=9,动圆M同时与圆C1和圆C2外切,则动圆圆心M的轨迹方程为( )
A.x2-eq \f(y2,8)=1
B.eq \f(x2,8)-y2=1
C.x2-eq \f(y2,8)=1(x≥1)
D.x2-eq \f(y2,8)=1(x≤-1)
[解析] 设动圆M的半径为r,则|C1M|=r+1,|C2M|=3+r,
∴|C2M|-|C1M|=2<6=|C1C2|.
∴动圆圆心M的轨迹是以C1、C2为焦点的双曲线左支,且c=3,a=1,
∴b2=c2-a2=8,
∴其轨迹方程为x2-eq \f(y2,8)=1(x≤-1).
[答案] D
(2)已知F是双曲线eq \f(x2,16)-eq \f(y2,9)=1的左焦点,A(4,4),P是双曲线右支上的动点,则|PF|+|PA|的最小值为______.
[解析] 设双曲线的右焦点为F1,则由双曲线的定义,可知|PF|=8+|PF1|,所以|PF|+|PA|=8+|PF1|+|PA|,所以当|PF1|+|PA|最小时满足|PF|+|PA|最小.由双曲线的图形可知,当点A,P,F1共线时,满足|PF1|+|PA|最小为|AF1|=eq \r(17),故所求的最小值为8+eq \r(17).
[答案] 8+eq \r(17)
双曲线定义的应用
(1)判定满足某条件的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||PF1|-|PF2||=2a,运用平方的方法,建立|PF1|与|PF2|的关系.
注意:在应用双曲线定义时,要注意定义中的条件,搞清所求轨迹是双曲线,还是双曲线的一支,若是双曲线的一支,则需确定是哪一支.
1.虚轴长为2,离心率e=3的双曲线的两焦点为F1,F2,过F1作直线交双曲线的一支于A,B两点,且|AB|=8,则△ABF2的周长为( )
A.3
B.16+eq \r(2)
C.12+eq \r(2)
D.24
解析:B [由于2b=2,e=eq \f(c,a)=3,∴b=1,c=3a,
∴9a2=a2+1,∴a=eq \f(\r(2),4).
由双曲线的定义知,|AF2|-|AF1|=2a=eq \f(\r(2),2),①
|BF2|-|BF1|=eq \f(\r(2),2),②
①+②得|AF2|+|BF2|-(|AF1|+|BF1|)=eq \r(2),
又|AF1|+|BF1|=|AB|=8,
∴|AF2|+|BF2|=8+eq \r(2),
则△ABF2的周长为16+eq \r(2).]
2.已知F1,F2分别是双曲线C:x2-eq \f(y2,2)=1的左、右两个焦点,点M在双曲线的右支上,且|MF1|+|MF2|=6,则∠MF1F2=________.
解析:由题意可得|F1F2|=2eq \r(1+2)=2eq \r(3),由双曲线的定义得|MF1|-|MF2|=2,
而|MF1|+|MF2|=6,解得|MF1|=4,|MF2|=2,
由余弦定理得cos∠MF1F2
=eq \f(|MF1|2+|F1F2|2-|MF2|2,2·|MF1|·|F1F2|)
=eq \f(42+2\r(3)2-22,2×4×2\r(3))=eq \f(\r(3),2),所以∠MF1F2=30°.
答案:30°
双曲线的标准方程
[例2] (1)与椭圆eq \f(x2,24)+eq \f(y2,49)=1有公共焦点,且离心率e=eq \f(5,4)的双曲线方程为________.
[解析] 椭圆eq \f(x2,24)+eq \f(y2,49)=1的焦点在y轴上,且aeq \o\al(2,1)=49,beq \o\al(2,1)=24,∴c1=eq \r(a\o\al(2,1)-b\o\al(2,1))=5.从而双曲线的焦点在y轴上且c=5,又e=eq \f(c,a)=eq \f(5,4),∴a=4,∴b2=c2-a2=9,故双曲线的方程为eq \f(y2,16)-eq \f(x2,9)=1.
[答案] eq \f(y2,16)-eq \f(x2,9)=1
(2)渐近线方程为y=±eq \f(1,2)x,焦距为10的双曲线的标准方程为______________.
[解析] 设所求双曲线方程为eq \f(x2,4)-y2=λ(λ≠0),
当λ>0时,双曲线标准方程为eq \f(x2,4λ)-eq \f(y2,λ)=1,
∴c=eq \r(5λ).∴eq \r(5λ)=5,λ=5;
当λ<0时,双曲线标准方程为eq \f(y2,-λ)-eq \f(x2,-4λ)=1,
∴c=eq \r(-5λ).∴eq \r(-5λ)=5,λ=-5.
∴所求双曲线方程为eq \f(x2,20)-eq \f(y2,5)=1或eq \f(y2,5)-eq \f(x2,20)=1.
[答案] eq \f(x2,20)-eq \f(y2,5)=1或eq \f(y2,5)-eq \f(x2,20)=1
求双曲线的标准方程的方法
(1)定义法:由题目条件判断出动点的轨迹是双曲线,由双曲线定义,确定2a,2b或2c,从而求出a2,b2,写出双曲线方程.
(2)待定系数法:先确定焦点是在x轴还是在y轴,设出标准方程,再由条件确定a2,b2的值,即“先定型,再定量”,如果焦点位置不好确定,可将双曲线方程设为eq \f(x2,m2)-eq \f(y2,n2)=λ(λ≠0),再根据条件求λ的值.
注意:①双曲线与椭圆的标准方程均可设为mx2+ny2=1(mn≠0),其中m>0,n>0,且m≠n时表示椭圆;mn<0时表示双曲线,合理使用这种形式可避免讨论.
②常见双曲线的设法
a.已知a=b的双曲线,可设为x2-y2=λ(λ≠0);
b.已知过两点的双曲线,可设为Ax2-By2=1(AB>0);
c.已知渐近线方程为eq \f(x,m)±eq \f(y,n)=0的双曲线,可设为eq \f(x2,m2)-eq \f(y2,n2)=λ(λ≠0).
③双曲线的焦点位置仅靠渐近线是确定不了的,必须结合其他已知条件综合判断.
④判断清楚所求轨迹是双曲线,还是双曲线的一支.若是双曲线的一支,则需确定是哪一支.
1.(2024·天津卷)双曲线eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1、F2.P是双曲线右支上一点,且直线PF2的斜率为2,△PF1F2是面积为8的直角三角形,则双曲线的方程为( )
A.eq \f(x2,8)-eq \f(y2,2)=1
B.eq \f(x2,8)-eq \f(y2,4)=1
C.eq \f(x2,2)-eq \f(y2,8)=1
D.eq \f(x2,4)-eq \f(y2,8)=1
解析:C [如图:由题可知,点P必落在第四象限,∠F1PF2=90°,设|PF2|=m,
∠PF2F1=θ1,∠PF1F2=θ2,由=tan θ1=2,则得sin θ1=eq \f(2,\r(5)),
因为∠F1PF2=90°,所以=-1,求得=-eq \f(1,2),即tan θ2=eq \f(1,2),
sin θ2=eq \f(1,\r(5)),由正弦定理可得:|PF1|∶|PF2|∶
|F1F2|=sin θ1∶sin θ2∶sin 90°=2∶1∶eq \r(5),
则由|PF2|=m得|PF1|=2m,|F1F2|=2c=
eq \r(5)m,由=eq \f(1,2)|PF1|·|PF2|=eq \f(1,2)m·2m=8,得m=2eq \r(2),
则|PF2|=2eq \r(2),|PF1|=4eq \r(2),|F1F2|=2c=2eq \r(10),c=eq \r(10),
由双曲线的定义可得:|PF1|-|PF2|=2a=2eq \r(2),a=eq \r(2),b=eq \r(c2-a2)=eq \r(8),
所以双曲线的方程为eq \f(x2,2)-eq \f(y2,8)=1.]
2.已知F1,F2分别为双曲线eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的左、右焦点,P为双曲线上一点,PF2与x轴垂直,∠PF1F2=30°,且虚轴长为2eq \r(2),则双曲线的标准方程为( )
A.eq \f(x2,4)-eq \f(y2,2)=1
B.eq \f(x2,3)-eq \f(y2,2)=1
C.eq \f(x2,4)-eq \f(y2,8)=1
D.x2-eq \f(y2,2)=1
解析:D [由题意可知|PF1|=eq \f(4\r(3)c,3),|PF2|=eq \f(2\r(3)c,3),2b=2eq \r(2),由双曲线的定义可得eq \f(4\r(3)c,3)-eq \f(2\r(3)c,3)=2a,即c=eq \r(3)a.又b=eq \r(2),c2=a2+b2,∴a=1,∴双曲线的标准方程为x2-eq \f(y2,2)=1.]
双曲线的几何性质
►[角度1] 渐近线
[例3-1] (2025·石家庄质检三)已知双曲线C:eq \f(y2,a2)-eq \f(x2,b2)=1(a>0,b>0)的实半轴长为eq \r(3),其上焦点到双曲线的一条渐近线的距离为3,则双曲线C的渐近线方程为( )
A.y=±eq \r(3)x
B.y=±eq \f(\r(3),3)x
C.y=±eq \f(\r(3),2)x
D.y=±eq \f(2\r(3),3)x
[解析] 设双曲线C:eq \f(y2,a2)-eq \f(x2,b2)=1(a>0,b>0)的上焦点为(0,c),
双曲线的渐近线方程为by±ax=0,
由点到直线的距离公式可得eq \f(|b×c±a×0|,\r(a2+b2))=eq \f(|b×c|,\r(c2))=b=3,
又双曲线C:eq \f(y2,a2)-eq \f(x2,b2)=1(a>0,b>0)的实半轴长为eq \r(3),所以a=eq \r(3),
所以双曲线C的渐近线方程为3y±eq \r(3)x=0,即y=±eq \f(\r(3),3)x.
[答案] B
►[角度2] 离心率
[例3-2] 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.eq \f(\r(7),2)
B.eq \f(\r(13),2)
C.eq \r(7)
D.eq \r(13)
[解析] 由|PF1|=3|PF2|,|PF1|-|PF2|=2a,得|PF2|=a,|PF1|=3a,在△F1PF2中,由余弦定理,得|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|cos∠F1PF2,即(2c)2=(3a)2+a2-2×3a×a×cos60°,所以4c2=7a2,所以C的离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(7),2).
[答案] A
与双曲线离心率、渐近线有关问题的解题策略
(1)双曲线的离心率e=eq \f(c,a)是一个比值,故只需根据条件得到关于a,b,c的一个关系式,利用b2=c2-a2消去b,然后变形成关于e的关系式,并且需注意e>1.
(2)双曲线eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的渐近线是令eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=0,即得两渐近线方程eq \f(x,a)±eq \f(y,b)=0.
(3)渐近线的斜率也是一个比值,可类比离心率的求法解答.
1.[多选]已知双曲线C:eq \f(y2,2)-x2=λ(λ<0),则下列说法正确的是( )
A.双曲线C的实轴长为定值
B.双曲线C的焦点在x轴上
C.双曲线C的渐近线方程为y=±eq \r(2)x
D.双曲线C的离心率e=eq \f(\r(6),2)
解析:BCD [由eq \f(y2,2)-x2=λ(λ<0)可得eq \f(x2,-λ)-eq \f(y2,-2λ)=1(λ<0),
所以曲线表示焦点在x轴上的双曲线,且a2=-λ(λ<0)不是定值,所以A错误,B正确;
双曲线的渐近线方程为eq \f(y2,2)-x2=0,即y=±eq \r(2)x,故C正确;
离心率e=eq \f(c,a)=eq \r(1+\f(a2,b2))=eq \r(1+\f(-λ,-2λ))=eq \f(\r(6),2),故D正确.]
2.已知双曲线C:eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,焦距为2c(c>0).若双曲线C右支上存在点P,使得|PF2|=4a,且=12a2,则双曲线C的离心率e=( ).
A.eq \r(5)
B.eq \f(5,3)
C.eq \r(6)+1
D.eq \r(13)
解析:D [由双曲线的定义可知得|PF1|-|PF2|=2a
因为|PF2|=4a,∴|PF1|=6a,
设∠F1PF2=θ,则=eq \f(1,2)×|PF1|×|PF2|×sin θ=eq \f(1,2)×6a×4a×sin θ=12a2sin θ=12a2,
∴sin θ=1,θ∈(0,π),
∴θ=eq \f(π,2),
∴△PF1F2为直角三角形
∴|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2,
∴36a2+16a2=4c2,即52a2=4c2,
∴e2=eq \f(c2,a2)=eq \f(52,4)=13,
∴e=eq \r(13).]
$$