内容正文:
第八章
平面解析几何
第六讲 双曲线
知识梳理·双基自测
名师讲坛·素养提升
考点突破·互动探究
提能训练 练案[53]
知识梳理 · 双基自测
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知 识 梳 理
知识点一 双曲线的定义
平面内与两个定点F1、F2的___________________________________
的点的轨迹叫做双曲线.这两个定点叫做双曲线的________,两焦点间的距离叫做双曲线的________.
注:设集合P={M|||MF1|-|MF2||=2a},|F1F2|=2c,其中a,c为常数,且a>0,c>0;
(1)当a<c时,P点的轨迹是__________;
(2)当a=c时,P点的轨迹是____________;
(3)当a>c时,集合P是________.
距离的差的绝对值等于常数(小于|F1F2|)
焦点
焦距
双曲线
两条射线
空集
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第八章 平面解析几何
知识点二 双曲线的标准方程和几何性质
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第八章 平面解析几何
(-a,0)
(a,0)
(0,-a)
(0,a)
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第八章 平面解析几何
性
质 实虚轴 线段A1A2叫做双曲线的______,它的长|A1A2|=______;线段B1B2叫做双曲线的______,它的长|B1B2|=______;______叫做双曲线的____________,b叫做双曲线的____________
a、b、c
的关系 c2=a2+b2(c>a>0,c>b>0)
实轴
2a
虚轴
2b
a
实半轴长
虚半轴长
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第八章 平面解析几何
归 纳 拓 展
双曲线中的几个常用结论
(1)焦点到渐近线的距离为b.
(2)实轴长和虚轴长相等的双曲线叫做等轴双曲线.
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第八章 平面解析几何
(4)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.过双曲线焦点F1的弦AB与双曲线交在同支上,则AB与另一个焦点F2构成的△ABF2的周长为4a+2|AB|.
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第八章 平面解析几何
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第八章 平面解析几何
双 基 自 测
题组一 走出误区
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.( )
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第八章 平面解析几何
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)√
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题组二 走进教材
[答案] 3x±4y=0
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[答案] 2
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[答案] D
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第八章 平面解析几何
第一课时
考点突破 · 互动探究
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双曲线的定义及应用——自主练透
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( )
[答案] D
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[答案] B
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[答案] 3
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[引申1]本例1中,若动圆M与圆C1内切,与圆C2外切,则动圆圆心M的轨迹方程为____________________________.
[引申2]本例1中,若动圆M与圆C1外切,与圆C2内切,则动圆圆心M的轨迹方程为____________.
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第八章 平面解析几何
[引申3]本例1中,若动圆M与圆C1、圆C2都内切,则动圆圆心M的轨迹方程为____________.
[引申4]本例1中,若动圆M与圆C1、圆C2中一个内切一个外切,则动圆圆心M的轨迹方程为________.
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第八章 平面解析几何
[引申5]本例2中|PQ|-|PF|的最大值为____________.
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第八章 平面解析几何
名师点拨:
1.利用定义求动点的轨迹方程,要分清是差的绝对值为常数,还是差为常数,即是双曲线还是双曲线的一支.
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,建立与|PF1|·|PF2|的联系.
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A.既不充分也不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.充分不必要条件
[答案] D
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双曲线的标准方程——师生共研
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[答案] D
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[答案] A
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名师点拨: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:先确定焦点在x轴还是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Ax2+By2=1(AB<0),根据条件确定A、B即可.
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第八章 平面解析几何
【变式训练】
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件
[答案] A
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双曲线的几何性质——多维探究
角度1 双曲线的焦点、焦距、实轴、虚轴、顶点、范围
[答案] C
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[答案] 2
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角度2 双曲线的渐近线
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[引申]本例1中双曲线的两条渐近线的夹角为________.
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第八章 平面解析几何
提醒:两条渐近线的倾斜角互补,斜率互为相反数.两条渐近线关于坐标轴对称.
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角度3 双曲线的离心率
[答案] C
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[答案] B
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第八章 平面解析几何
名师点拨:求双曲线离心率或其范围的方法
1.直接法:由题设条件求出a,c,从而得e.
3.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.解题时要特别注意几何特点,以简化运算或寻求不等关系.
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[答案] D
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[答案] A
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[答案] B
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名师讲坛 · 素养提升
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圆锥曲线中的光性质
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B.当m⊥n时,|PF1|·|PF2|=32
C.当n过点Q(7,5)时,光线由F2到P再到Q所经过的路程为13
D.若T(1,0),直线PT与C相切,则|PF2|=12
[答案] ABD
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[答案] D
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2.(2024·云南曲靖二模)抛物线有如下光学性质:过焦点的光线经抛物线反射后得到的光线平行于抛物线的对称轴;反之,平行于抛物线对称轴的入射光线经抛物线反射后必过抛物线的焦点.已知抛物线y2=4x的焦点为F,一条平行于x轴的光线从点M(3,1)射出,经过抛物线上的点A反射后,再经抛物线上的另一点B射出,则△ABM的周长为( )
[答案] B
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[解析] 如图所示:因为M(3,1),所以yA=yM=1,
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提能训练 练案[53]
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A组基础巩固
一、单选题
[答案] C
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[答案] C
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3.(2025·福建福州质监)等轴双曲线经过点(3,-1),则其焦点到渐近线的距离为( )
[答案] A
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[答案] C
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[答案] D
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[答案] A
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[答案] A
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[答案] B
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[答案] BCD
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A.三角形AF1F2的周长是12
B.若双曲线E与双曲线C有相同的渐近线,且双曲线E的焦距为8,则双曲线E为x2-y2=8
C.若|QF1|+|QF2|=8,则Q的位置不唯一
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[答案] ACD
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小同:双曲线C上的点到焦点距离的最小值为1.
若这4位同学中只有1位同学的说法错误,则说法错误的是________;双曲线C的方程为________.(第一空的横线上填“小明”“小红”“小强”或“小同”)
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B组能力提升
[答案] D
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[答案] D
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[答案] A
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[答案] AC
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C组拓展应用(选作)
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[答案] ACD
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谢谢观看
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
顶点坐标:
A1________,A2________
顶点坐标:
A1__________,A2______
渐近线
y=______
y=_____
离心率
e=,e∈(1,+∞),其中c=
±x
±x
双曲线为等轴双曲线⇔双曲线的离心率e=⇔双曲线的两条渐近线互相垂直(位置关系).
(3)过双曲线的一个焦点且与实轴垂直的弦的长为(通径).
过双曲线的焦点与双曲线一支相交所得弦长的最小值为;与两支相交所得弦长的最小值为2A.
(5)双曲线的离心率公式可表示为e=.
(6)双曲线的形状与e的关系:|k|===,e越大,即渐近线斜率的绝对值就越大,双曲线开口就越开阔.
(7)若M、N为双曲线-=1(a>0,b>0)实轴端点,P为双曲线上不与M、N重合的点,则kPM·kPN=.
(8)-=1(a>0,b>0)与-=1(a>0,b>0)互为共轭双曲线,其离心率倒数的平方和为1.
(2)方程-=1(mn>0)表示焦点在x轴上的双曲线.( )
(3)双曲线方程-=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.( )
(5)若双曲线-=1(a>0,b>0)与-=1(a>0,b>0)的离心率分别是e1,e2,则+=1(此条件中两条双曲线称为共轭双曲线).( )
2.(选择性必修1P127T8)与椭圆+=1有公共焦点,且离心率e=的双曲线的渐近线方程为____________.
[解析] 由题意知c==5,又e==,∴a=4,从而b==3.∴双曲线的渐近线方程为y=±x,即3x±4y=0.
3.(选择性必修1习题3.2T13改编)直线l交双曲线-=1于A,B两点,且P(4,1)为AB的中点,则l的斜率为________.
[解析] 设点A(x1,y1),B(x2,y2),因为P(4,1)为AB的中点,所以有又点A,B在双曲线上,则即(x1+x2)(x1-x2)=2(y1+y2)(y1-y2),则l的斜率k====2,此时直线l的方程为y-1=2(x-4),由消去y并整理,得7x2-56x+102=0,Δ=562-4×7×102=280>0,即直线l与双曲线交于两点,所以l的斜率为2.
题组三 走向考场
4.(2025·新课标Ⅰ卷)若双曲线C的虚轴长为实轴长的倍,则C的离心率为( )
A. B.2
C. D.2
[解析] 设双曲线的实轴,虚轴,焦距分别为2a,2b,2c,由题知,b=a,于是a2+b2=c2=a2+7a2=8a2,则c=2a,即e==2.故选D.
5.(2024·新课标Ⅰ卷)设双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左右焦点分别为F1,F2,过F2作平行于y轴的直线交C于A,B两点,若|F1A|=13,|AB|=10,则C的离心率为________.
[答案]
[解析] 由题可知A,B,F2三点横坐标相等,设A在第一象限,将x=c代入-=1,得y=±,即A,B,故|AB|==10,|AF2|==5,又|AF1|-|AF2|=2a,得|AF1|=|AF2|+2a=2a+5=13,
解得a=4,代入=5得b2=20,故c2=a2+b2=36,即c=6,所以e===.
A.x2-=1 B.-y2=1
C.x2-=1(x≥1) D.x2-=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-=1(x≤-1).故选D.
2.(2025·河北石家庄一模)设点P为双曲线-=1右支上的动点,F为该双曲线的右焦点,已知点Q(7,2),则|PF|+|PQ|的最小值为( )
A.2 B.3
C.4 D.5
[解析] 如图,设双曲线的左焦点为F1(-4,0),由双曲线的定义得|PF|+|PQ|=|PF1|+|PQ|-2a≥|QF1|-2=5-2=3,所以|PF|+|PQ|的最小值为3.故选B.
3.(2026·广东部分学校质检)设F1,F2是双曲线C:x2-=1的两个焦点,O为坐标原点,点P在C上且·=0,则△PF1F2面积为________.
[解析] 由题意得双曲线中a=1,b=,c==2,则其焦点坐标F1(-2,0),F2(2,0),根据双曲线对称性,不妨假设点P在第一象限,设||=m,||=m+2,其中m>c-a=1,因为·=0,则PF1⊥PF2,根据勾股定理知||2+||2=||2,即m2+(m+2)2=42,解得m=-1+(负舍),则||=+1,则△PF1F2面积为||||=×(+1)(-1)=3.
[答案] -=1(x≤-2)
[答案] -=1(x≥2)
[答案] x2-=1(x≥1)
[答案] -=1
[答案]
[解析] 由题意知F(4,0),∴|PQ|-|PF|≤|FQ|=,(当且仅当P、F、Q共线时,取等号).
【变式训练】
1.在△ABC中,B(4,0),C(-4,0),动点A满足条件sin B-sin C=sin A时,则点A的轨迹方程为____________.
[答案] -=1(x>2)
[解析] 设A的坐标为(x,y),在△ABC中,由正弦定理,得===2R(其中R为△ABC外接圆的半径),代入sin B-sin C=sin A,得-= ·.又∵|BC|=8,∴|AC|-|AB|=4,因此A的轨迹为以B,C为焦点的双曲线的右支(除去右顶点),且2a=4,2c=8,即a=2,c=4,b2=c2-a2=12.所以所求A点的轨迹方程为-=1(x>2).
2.(2024·河北邢台二模)若点P是双曲线C:-=1上一点,F1,F2分别为C的左、右焦点,则“|PF1|=8”是“|PF2|=16”的( )
[解析] a=4,b=3,c==5,当点P在左支时,|PF1|的最小值为c-a=1,当点P在右支时,|PF1|的最小值为a+c=9,因为|PF1|=8,则点P在双曲线的左支上,由双曲线的定义|PF2|-|PF1|=|PF2|-8=2a=8,解得|PF2|=16;当|PF2|=16,点P在左支时,|PF1|=8;在右支时,|PF1|=24;推不出|PF1|=8;故为充分不必要条件,故选D.
1.(2026·河北衡水质检)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,抛物线y2=4x的准线l经过F1,且l与双曲线的一条渐近线交于点A,若∠F1F2A=,则双曲线的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-y2=1 D.x2-=1
[解析] 抛物线y2=4x的准线方程为x=-,则c=,则F1(-,0)、F2(,0),不妨设点A为第二象限内的点,联立可得,即点A,因为AF1⊥F1F2且∠F1F2A=,
则△F1F2A为等腰直角三角形,且|AF1|=|F1F2|,即=2c,可得=2,所以解得因此,双曲线的标准方程为x2-=1.故选D.
2.(2025·陕西教育联盟模拟)已知双曲线C的渐近线方程为2x±3y=0,且C经过点(-,2),则C的标准方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
[解析] 因为双曲线C的渐近线方程为2x±3y=0,故可设双曲线方程为-=k,(k≠0),又C经过点(-6,2),故-=k,∴k=2,故双曲线方程为-=1,故选A.
[引申]本例2中,将“过点(-6,2)”改为“焦距为2”,则C的标准方程为____________.
[答案] -=1或-=1
[解析] 可设C的方程为-=λ(λ≠0),当λ>0时,c==,λ=1,当λ<0时,c==,λ=-1,∴所求双曲线的标准方程为-=1或-=1.
特别的①与双曲线-=1(a>0,b>0)共渐近线的双曲线方程可设为-=λ(λ≠0);②与双曲线-=1(a>0,b>0)共焦点的双曲线方程可设为-=1(-b2<k<a2);③过两点的双曲线方程可设为Ax2+By2=1(AB<0).
特别地:离心率为的双曲线的方程可设为x2-y2=λ(λ≠0).
1.(2026·江西创智协作体调研)“t>9”是方程“-=1”表示双曲线的( )
[解析] 若方程-=1表示双曲线,则满足(t-9)(t-7)>0,解得t>9或t<7,所以“t>9”是方程“-=1”表示双曲线的充分不必要条件.故选A.
2.过点(,)且离心率为2的双曲线的标准方程为____________.
[答案] x2-=1或-=1
[解析] ∵e==2,则c=2a,∴b2=c2-a2=3a2,若双曲线焦点在x轴上,则其方程为-=1,将点(,)坐标代入方程可得-=1,∴a2=1,从而b2=3,双曲线标准方程为x2-=1,同理可求得焦点在y轴上时双曲线的标准方程-=1.
1.(2026·河南安阳调研)已知双曲线C:-=1(m>0)的一条渐近线方程为y=x,则C的实轴长为( )
A.12 B.8
C.2 D.
[解析] 由题意可得a2=m+2,b2=m,所以a=,b=,所以一条渐近线的方程为y=x=x,所以=,解得m=4,则a2=6,所以实轴长2a=2.故选C.
2.(2025·江苏南京六校联合体调研)设双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左右焦点分别为F1,F2,离心率为2,P为C上一点,且∠F1PF2=120°,若△F1PF2的面积为4,则a=________.
[解析] 不妨取P点在第一象限,如图所示:根据双曲线定义可得|PF1|-|PF2|=2a,且|F1F2|=2c;由离心率为2可得=2,可得c=2a,即|F1F2|=4a;设|PF2|=m>0,则|PF1|=2a+m;由题意知=|PF1||PF2|sin∠F1PF2=m(2a+m)×=4,解得m(2a+m)=16;
利用余弦定理可得cos∠F1PF2==-,即=-,整理可得2m2+4am-12a2=-m(2a+m),即12a2=3m(2a+m),所以12a2=48,解得a=2.
1.(2025·湖北“宜荆荆恩”联考)过双曲线-y2=1的一个焦点作倾斜角为60°的直线,则该直线与双曲线的两条渐近线围成的三角形的面积是________.
[答案]
[解析] 由双曲线的对称性不妨设倾斜角为60°的直线过右焦点,由双曲线-y2=1可得渐近线方程为y=±x,双曲线的半焦距为c=2,故右焦点坐标为F(2,0),过倾斜角为60°的直线方程为y=(x-2),由可得交点坐标为A(3,),
由可得交点坐标为B,倾斜角为60°的直线与双曲线的两条渐近线围成的三角形的面积为×2×|-|=.
2.(2026·福建百校联测)已知F1,F2分别是双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,过F1的直线与圆x2+y2=a2相切且分别交双曲线的左、右两支于A、B两点,若|AB|=|BF2|,则双曲线的渐近线方程为________.
[答案] y=±(1+)x
[解析] 作出示意图如图所示,根据双曲线的定义得|AF1|=|BF1|-|BF2|=2a,|AF2|=|AF1|+2a=4a,在△AF1F2中,由余弦定理可得cos ∠AF1F2===,又直线AF1与圆x2+y2=a2相切,所以cos∠AF1F2=,所以=,
解得b2-2ab-2a2=0,所以2-2×-2=0,解得=1+或=1-(舍去),所以双曲线的渐近线方程为y=±x.
[答案]
[解析] 由渐近线方程知其斜角分别为,,故其夹角为.
名师点拨:求双曲线的渐近线方程的方法
求双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线的方法是令-=0,即得两渐近线方程±=0.或确定焦点位置并求出或的值,从而写出渐近线方程.
注:如图F为双曲线-=1(a>0,b>0)的焦点,l为渐近线;FH⊥l于H,则|FH|=b,|OH|=A.
1.(2026·河南郑州部分学校质检)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左右焦点分别为F1,F2,点A在C上,点B在y轴上,若⊥,=-,则C的离心率为( )
A. B.
C. D.
[解析] 如图,F1(-c,0),F2(c,0),设A(x1,y1),B(0,y2),则=(x1+c,y1),=(c,y2),=(x1-c,y1),=(-c,y2),由⊥,=-,得解得又A(x1,y1)在双曲线-=1上,
所以-=1,即-=1,整理得25c4-50a2c2+9a4=0,即25e4-50e2+9=0,由e>1解得e=.故选C.
2.(2025·河南许昌高级中学测试)已知F1,F2是双曲线-=1(a>b>0)的左、右焦点,以F2为圆心,a为半径的圆与双曲线的一条渐近线交于A,B两点,若3|AB|>|F1F2|,则双曲线的离心率的取值范围是( )
A. B.
C.(1,) D.(1,)
[解析] 设以F2(c,0)为圆心,a为半径的圆与双曲线的一条渐近线bx-ay=0交于A,B两点,则F2到渐近线bx-ay=0的距离d==b,所以|AB|=2,因为3|AB|>|F1F2|,所以3×2>2c,可得9a2-9b2>c2=a2+b2,即4a2>5b2=5c2-5a2,可得5c2<9a2,所以<,所以e<,又e>1,所以双曲线的离心率的取值范围是.故选B.
2.等价转化法:由e=或e=等公式将已知条件转化为e的等式,从而得e.
【变式训练】
1.(角度1)(2026·山东潍坊调研)若双曲线C:-=1过点(4,),则C的焦距为( )
A. B.
C.2 D.2
[解析] 由题意可得-=1,解得a2=4,所以c2=4+2=6,所以2c=2,故选D.
2.(角度2)(2025·福建泉州质检)已知双曲线C:-=1的焦距为4,则C的渐近线方程是( )
A.y=±x B.y=±x
C.y=±x D.y=±x
[解析] 由已知,可得b2=6,2c=4,所以c=2,a2=c2-b2=12-6=6,即C的方程为-=1.所以C的渐近线方程是y=±x.故选A.
3.(角度3)(2025·河北唐山一中开学考试)已知F1,F2分别为双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,点A是C上一点,点B满足2=-3,∠F1AF2=4∠F1AB=120°,则C的离心率为( )
A. B.
C. D.
[解析] 由∠F1AF2=4∠F1AB=120°,得∠BAF2=90°,∠F1AB=30°.因为2=-3,所以点B在线段F1F2上,且=.如图,过点F1作F1D∥AF2,交AB的延长线于点D,则F1D⊥AD,所以△AF2B△DF1B,|AF1|=2|F1D|,所以==.设|AF2|=2m,则|F1D|=3m,所以|AF1|=6m.由双曲线的定义知|AF1|-|AF2|=6m-2m=2a,所以m=,则|AF2|=a,|AF1|=3A.
设F1(-c,0),F2(c,0),则|F1F2|=2C.在△AF1F2中,由余弦定理,得|F1F2|2=|AF1|2+|AF2|2-2|AF1||AF2|cos∠F1AF2,即4c2=9a2+a2-2×3a×a×=13a2,所以=,则e=(负值已舍去).故选B.
1.(多选题)(2024·甘肃天水一模改编)我国首先研制成功的“双曲线新闻灯”,如图,利用了双曲线的光学性质:F1、F2是双曲线的左、右焦点,从F2发出的光线m射在双曲线右支上一点P,经点P反射后,反射光线的反向延长线过F1;当P异于双曲线顶点时,双曲线在点P处的切线平分∠F1PF2.若双曲线C的方程为-=1,则下列结论正确的是( )
A.射线n所在直线的斜率为k,则k∈
[解析] 在双曲线-=1中,a=3,b=4,则c=5,易知点F1(-5,0)、F2(5,0),设|PF1|=u,|PF2|=v,P(x0,y0),因为双曲线-=1的渐近线方程为y=±x,当点P在第一象限内运动时,随着x0的增大,射线n慢慢接近于直线y=x,此时0<k<,同理可知当点P在第四象限内运动时,-<k<0,当点P为双曲线的右顶点时,k=0,综上所述,k的取值范围是,A正确;
当m⊥n时,u-v=2a=6,u2+v2=(u-v)2+2uv=36+2uv=102,所以,|PF1|·|PF2|=uv=32,B正确;|F1Q|==13,故n过点Q(7,5)时,光线由F2到P再到Q所经过的路程为|PF2|+|PQ|=|PF1|-2a+|PQ|=|F1Q|-6=7,C错误;若T(1,0),由角平分线定理可得====,即=,解得|PF2|=12,D正确.故选ABD.
2.(2026·内蒙古赤峰模拟)如图所示,椭圆有这样的光学性质:从椭圆的一个焦点出发的光线,经椭圆反射后,反射光线经过椭圆的另一个焦点.根据椭圆的光学性质解决下面的题目:已知曲线C的方程为+=1,其左、右焦点分别是F1,F2,直线l与椭圆C切于点P,且|PF1|=2,过点P且与直线l垂直的直线l′与椭圆长轴交于点M,则|F1M|∶|F2M|=( )
A.1∶ B.1∶2
C.1∶3 D.1∶4
[解析] 由已知得a=5,|PF1|=2,由椭圆定义可得|PF2|=2a-|PF1|=8,根据光的反射定理可得PM为∠F1PF2的角平分线,由正弦定理=,=,所以=,=,又=,=,即|F1M|∶|F2M|=|F1P|∶|F2P|=1∶4.故选D.
【变式训练】
1.(2026·广西玉林联考)双曲线的光学性质为:如图①,从双曲线右焦点F2发出的光线经双曲线镜面反射,反射光线的反向延长线经过左焦点F1.我国首先研制成功的“双曲线新闻灯”,就是利用了双曲线的这个光学性质.某“双曲线灯”的轴截面是双曲线一部分,如图②,其方程为-=1(a>0,b>0),F1,F2为其左右焦点,若从右焦点F2发出的光线经双曲线上的点A和点B反射后,满足DA⊥AB,tan∠ABC=-,则该双曲线的离心率为________.
[答案]
[解析] 由题可知F1,A,D共线,F1,B,C共线,如图,设|AF1|=m,则|AF2|=m-2a,又|AB|=2|AF1|,所以|BF2|=m+2a,所以|BF1|=m+4a,又AF1⊥AB,所以|BF1|=m,由m+4a=m,得m=(+1)a=|AF1|,则|AF2|=m-2a=(-1)a,而|F1F2|=2c,则4c2=(+1)2a2+(-1)2a2,化简得c2=3a2,所以e==.
A.9+ B.9+
C.+ D.+
所以xA==,所以A,又因为F(1,0),所以lAB:y-0=(x-1),即lAB:y=-(x-1),又所以y2+3y-4=0,所以y=1或y=-4,所以yB=-4,所以xB==4,
所以B(4,-4),又因为|AB|=|AF|+|BF|=xA+xB+p=+4+2=,|AM|=xM-xA=3-=,|BM|==,所以△ABM的周长为:|AB|+|AM|+|BM|=++=9+,故选B.
1.(2026·安徽蚌埠调研)若双曲线C的离心率为2,虚轴长为2,则C的实轴长为( )
A.1 B.
C.2 D.3
[解析] 已知离心率e==2,虚轴长为2b=2,所以c=2a,b=.由双曲线的性质可知,c2=a2+b2,则4a2=a2+3,解得a2=1,因为a>0,所以a=1,所以双曲线实轴长为2a=2.故选C.
2.(2025·陕西安康模拟)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的焦距为2c,且a∶b∶c=1∶2∶,则下列说法正确的是( )
A.C的实轴长为2
B.C的渐近线方程为y=±x
C.C的离心率为
D.C的右焦点的坐标为(,0)
[解析] 对于A、D,由a∶b∶c=1∶2∶,取a=2,则c=2,C的实轴长4,右焦点(2,0),A、D错误;对于B,由a∶b=1∶2,得C的渐近线方程为y=±2x,B错误;对于C,由a∶c=1∶,得C的离心率e=,C正确.故选C.
A.2 B.2
C.4 D.
[解析] 设等轴双曲线的方程为x2-y2=λ(λ≠0),∴λ=32-(-1)2=8,∴a2=b2=8,∴c==4,取焦点F(4,0),渐近线x-y=0,∴d==2,故选A.
4.(2024·天津高考卷)双曲线-=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.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
[解析] 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,求得sin θ1=,因为∠F1PF2=90°,所以=-1,求得=-,即tan θ2=,sin θ2=,由正弦定理可得|PF1|∶|PF2|∶|F1F2|=sin θ1∶sin θ2∶sin 90°=2:1:,则由|PF2|=m得|PF1|=2m,|F1F2|=2c=m,
由=|PF1|·|PF2|=m·2m=8得m=2,则|PF2|=2,|PF1|=4,|F1F2|=2c=2,c=,由双曲线第一定义可得|PF1|-|PF2|=2a=2,a=,b==,所以双曲线的方程为-=1.故选C.
5.(2026·安徽蚌埠省级示范性高中联考)若双曲线C1:-=1(a>0,b>0)的渐近线与圆C2:(x-2)2+y2=3有公共点,则C1的离心率的取值范围为( )
A. B.
C.(0,2] D.(1,2]
[解析] ∵双曲线渐近线为bx±ay=0,且与圆(x-2)2+y2=3有公共点,∴圆心到渐近线的距离不大于半径,即≤,∴b2≤3a2,∴b2=c2-a2≤3a2,∴1<e=≤2.故选D.
6.(2025·江西九江模拟)已知双曲线C:-=1(a>0)的左右焦点分别为F1,F2,一条渐近线方程为x+y=0,若点M在双曲线C上,且|MF1|=5,则|MF2|=( )
A.9 B.1
C.1或9 D.1或7
[解析] 双曲线C的渐近线方程为y=±x,∴=,∴a=2,从而c==4,又∴|MF2|=9.故选A.
7.(2026·广东深圳外国语学校月考)如图,F1,F2是双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,过F2的直线与双曲线C交于A,B两点.若A是BF2中点且BF1⊥BF2则该双曲线的渐近线方程为( )
A.y=±2x B.y=±2x
C.y=±x D.y=±x
[解析] 设|AB|=|AF2|=m,|AF1|=|AF2|+2a=m+2a,|BF1|=|BF2|-2a=2m-2a,|BF1|2+|BA|2=|AF1|2,|BF1|2+|BF2|2=|F1F2|2,(2m-2a)2+m2=(m+2a)2 ①,(2m-2a)2+4m2=4c2 ②,由①可得m=3a,代入②式化简得13a2=c2,∴12a2=b2,∴=2,所以双曲线的渐近线方程为y=±2x.故选A.
8.(2026·河南五市调研)双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1(-c,0),F2(c,0),过F1作圆:(x-c)2+y2=c2的切线,切点为M,该切线交双曲线C的一条渐近线于点P,若=,则双曲线C的离心率为( )
A. B.
C. D.
[解析] 如图,连接F2M,则F2M⊥PF1,|F2M|=c,∵=,∴M为PF1的中点,∴|PF2|=|F1F2|=2c,∴|F1M|==c,∠MF1F2=30°,设P(x0,y0),∵|PF1|=2|PM|=2c,∴y0=2c·sin 30°=c,x0=2c·cos 30°-c=2c,∵点P(2c,c)在渐近线y=x上,∴==,∴离心率e===.故选B.
二、多选题
9.(2026·山东聊城模拟)已知双曲线C:-=1的左、右顶点分别为A,B,点P是C上的任意一点,则( )
A.双曲线C的离心率为
B.焦点到渐近线的距离为3
C.点P到两条渐近线的距离之积为
D.当P与A、B不重合时,直线PA,PB的斜率之积为3
[解析] 双曲线C:-=1的a=,b=3,c=2,则e==2,故A错误;焦点(±2,0)到渐近线3x±y=0的距离为=3,故B正确;设P(m,n),可得3m2-n2=9,则点P到两条渐近线的距离之积为===,故C正确;
设P(m,n),可得3m2-n2=9,又A(-,0),B(,0),可得kPA·kPB=·===3,知D正确.故选BCD.
10.(2026·河南郑州部分学校质检)已知F1、F2分别是双曲线C:x2-y2=2的左右焦点,点Q是圆A:(x-2)2+(y-3)2=上的动点,下列说法正确的是( )
D.若P是双曲线左支上一动点,则|PF2|+|PQ|的最小值是5+
[解析] 由题意可得双曲线C:-=1,a=,b=,c=2,F1(-2,0),F2(2,0),圆心坐标A(2,3),半径r=.|F1F2|=2c=4,|AF1|==5,|AF2|==3,所以三角形AF1F2的周长是12,故A正确;由题意可设双曲线E的方程为-=λ或-=λ,变形为标准形式-=1或-=1,λ≠0,λ≠1,又双曲线E的焦距为8,所以2λ+2λ=42⇒λ=4,
所以双曲线E为x2-y2=8或y2-x2=8,故B错误;|QF1|+|QF2|=8,所以Q点轨迹为以F1,F2为焦点的椭圆,且2a=8⇒a=4,c=2,b2=12,所以轨迹方程为+=1,圆心坐标A(2,3)代入椭圆方程可得+=1,所以圆心在椭圆上,又点Q是圆上点,画出图形可得
所以,Q的位置不唯一,故C正确;由双曲线的定义可得|PF2|-|PF1|=2a=2,所以|PF2|=|PF1|+2,所以|PF2|+|PQ|=|PF1|+|PQ|+2,因为|PF1|+|PQ|≥|QF1|,所以当P,Q,F1三点共线时,|PF1|+|PQ|取得最小值|QF1|,又因为|QF1|的最小值为|AF1|-r=5-,所以|PF2|+|PQ|的最小值是5-+2=5+,故D正确.故选ACD.
三、填空题
11.(2026·福建漳州质检)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的两条渐近线夹角是60°,则双曲线C的离心率为________.
[答案] 2或
[解析] ∵双曲线的两条渐近线夹角是60°,∴=(tan 60°)2或(tan 30°)2.∴=3或,解得双曲线C的离心率为2或.
12.(2026·河北重点高中模拟)关于双曲线C:-=1(a>0,b>0),四位同学给出了四个说法:
小明:双曲线C的实轴长为8;
小红:双曲线C的焦点到渐近线的距离为3;
小强:双曲线C的离心率为;
[答案] 小强 -=1
[解析] 由题意,小明正确则有a=4,小红正确有b=3,小强正确有=,小同正确则有c-a=1,由此分析小明、小红、小强三个人中必有1位同学说法错误,则小同的说法一定是正确的,即c-a=1,则小明和小红正确,即双曲线C:-=1,故小强的说法错误.
13.(2025·广东阶段联考)已知双曲线Γ:-=1(a>0,b>0),四点A(6,),B,C(5,2),D(-5,-2)中恰有三点在Γ上,则双曲线Γ的标准方程为____________.
[答案] -y2=1
[解析] 因为点C、D关于原点对称,且双曲线Γ也关于原点对称,故点C、D都在双曲线Γ上,对于点A,>,<,所以->-=1,即点A不在双曲线Γ上,所以,点B、C、D都在双曲线Γ上,所以解得因此,双曲线Γ的标准方程为-y2=1.
14.(2026·山东名校考试联盟、辽宁辽西重点高中摸底)已知双曲线E:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,点P是E的渐近线上的一点,且PF1⊥PF2,tan∠PF1F2=,则E的离心率为________.
[答案]
[解析] 如图,不妨设P在直线y=x上,且在第一象限,坐标为(x>0),因为F1(-c,0),F2(c,0),所以直线PF1的斜率==,直线PF2的斜率==,因为PF1⊥PF2,所以=-1,即·=-1,
整理可得x2=a2,解得x=a,则P(a,b),在△PF1F2中,tan∠PF1F2==,所以3b=a+c,两边平方可得9b2=a2+c2+2ac,又b2=c2-a2,所以4c2-5a2-ac=0,即4e2-e-5=0,解得e=或e=-1(舍).
15.点A1,A2是双曲线E:-=1(a>0,b>0)的左、右顶点.若直线x=上存在点P,使得∠A1PA2=,则该双曲线的离心率取值范围为________.
[答案] (1,]
[解析] △A1A2P的外接圆半径为r==2a,当该圆与直线x=相切或相交时满足题意,故≤2a,即1<e≤,所以该双曲线的离心率取值范围为(1,].
1.(2023·全国甲卷)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的离心率为,其中一条渐近线与圆(x-2)2+(y-3)2=1交于A,B两点,则|AB|=( )
A. B.
C. D.
[解析] 由e=,则==1+=5,解得=2,所以双曲线的一条渐近线不妨取y=2x,则圆心(2,3)到渐近线的距离d==,所以弦长|AB|=2=2=.故选D.
2.(2026·八省八校T8联考)已知双曲线C:x2-=1(m>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过点F1作圆O:x2+y2=1的切线,交双曲线C的右支于点M,若∠F1MF2=,则实数m=( )
A.2+ B.1+
C.2 D.1+
[解析] 如图,设点M在第一象限,过点F2作F2G⊥MF1于点G,设N为圆O的切点,连接ON,∴F1N=NG=m,F2G=2ON=2.在Rt△MGF2中,MG=,MF2=,由双曲线定义得|MF1|-|MF2|=2,∴2m+-=2,∴m=1+.故选D.
3.(2026·浙江嘉兴模拟)已知椭圆C1和双曲线C2有相同的焦点F1,F2,M是它们的一个公共点,且∠F1MF2=,若C1的离心率为,则C2的离心率为( )
A. B.
C. D.
[解析] 如图,设椭圆C1:+=1,双曲线C2:-=1.因为它们有相同的焦点,所以a2-b2=m2+n2=c2.不妨设M点在第一象限,且|MF1|=t1,|MF2|=t2,因为M点在椭圆C1上,所以⇒⇒t1t2=4(a2-c2).又=⇒a=c,所以t1t2=4=c2.又M在双曲线C2上,
所以⇒⇒3t1t2=4(c2-m2).所以3×c2=4(c2-m2)⇒m2=c2⇒m=C.所以双曲线C2的离心率为e2==.故选A.
4.(多选题)(2026·广东八校联盟质检)已知点A(1,2)在双曲线C:-=1(a>0,b>0)上,则下列结论正确的是( )
A.C的实轴长小于2
B.C的渐近线方程可能为y=±x
C.C的离心率大于
D.C的焦距不可能为4
[解析] 将A(1,2)代入C:-=1可得-=1,对于A:=+1>1,故a2<1,因此0<a<1,所以实轴长为2a,则2a<2,故A正确;对于B:渐近线方程为y=±x,若渐近线方程为y=±x,则=,结合-=1可得-=1,则=-1,该方程无实数根,故渐近线方程不可能为y=±x,故B错误;对于C:离心率为e====>,故C正确;对于D:若焦距为4,则2c=2=2=4,故b2=,故D错误.故选AC.
5.(2025·浙江部分学校联考)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,倾斜角为的直线PF2与双曲线C在第一象限交于点P,若∠PF1F2≥∠F2PF1,则双曲线C的离心率的取值范围为_____.
[答案]
[解析] 因为倾斜角为的直线PF2与双曲线C在第一象限交于点P,可知直线PF2的倾斜角大于双曲线的一条渐近线的倾斜角,即<tan 60°=⇒3a2>b2=c2-a2⇒e<2,设|PF2|=n,则|PF1|=2a+n,根据∠PF1F2≥∠F2PF1可知|PF2|≥|F1F2|=2c,在△PF1F2中,由余弦定理可知n2+4c2-(2a+n)2=2cos 120°×2cn,∴n=,即≥2c⇒b2≥2ac-c2⇒2c2-2ac-a2≥0,则2e2-2e-1≥0⇒e≥,故2>e≥.
(多选题)(2025·全国高考新课标Ⅱ卷)双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别是F1,F2,左、右顶点分别为A1,A2,以F1F2为直径的圆与C的一条渐近线交于M,N两点,且∠NA1M=,则( )
A.∠A1MA2=
B.|MA1|=2|MA2|
C.C的离心率为
D.当a=时,四边形NA1MA2的面积为8
[解析] 不妨设渐近线为y=x,M在第一象限,N在第三象限,对于A,由双曲线的对称性可得A1MA2N为平行四边形,故∠A1MA2=π-=,故A正确;对于B,解法一:因为M在以F1F2为直径的圆上,故F1M⊥F2M且|MO|=c,
设M(x0,y0),则故故MA2⊥A1A2,由A得∠A1MA2=,故|MA2|=|MA1|×即|MA1|=|MA2|,故B错误;
解法二:因为tan∠MOA2=,因为双曲线中,c2=a2+b2,则cos∠MOA2=,又因为以F1F2为直径的圆与C的一条渐近线交于M、N,则OM=c,则若过点M往x轴作垂线,垂足为H,则|OH|=c·=a=|OA2|,则点H与A2(H)重合,则MA2⊥x轴,则|MA2|==b,
解法三:在△OMA2利用余弦定理知,|MA2|2=|OM|2+|OA2|2-2|OM||OA2|cos∠MOA2,即|MA2|2=c2+a2-2ac·=b2,则|MA2|=b,则△A1A2M为直角三角形,且∠A1MA2=,则2|MA2|=|MA1|,故B错误;对于C,解法一:因为=(+),故42=2+2·+2,由B可知|MA2|=b,|MA1|=b,故4c2=b2+b2+2×b×b×=b2=(c2-a2)即c2=13a2,故离心率e=,故C正确;
解法二:因为==,则=2,则e====,故C正确;对于D,当a=时,由C可知e=,故c=,故b=2,故四边形NA1MA2为=2××2×2=8,故D正确.故选ACD.
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