3.2.2 第1课时 双曲线的简单几何性质课件-2026-2027学年高二上学期数学人教A版选择性必修第一册
2026-08-10
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普通
摘要:
该高中数学课件聚焦双曲线的简单几何性质,系统讲解范围、对称性、顶点、渐近线及离心率,通过类比椭圆性质的导入方式,搭建前后知识联系的学习支架,引导学生从已有椭圆知识迁移到双曲线探究。
其亮点在于以类比和表格梳理构建知识体系,培养学生抽象能力(数学眼光),例题结合圆与渐近线相切等情境训练逻辑推理(数学思维),规范解题步骤强化数学语言表达。助力学生形成知识网络,提升探究能力,教师可直接使用分层例题与练习,提高教学效率。
内容正文:
双曲线的简单几何性质
第三章 3.2.2 第1课时
学习目标
1.掌握双曲线的范围、对称性、顶点等简单几何性质.(重点)
2.理解并会求双曲线的渐近线方程;明白离心率的定义及意义,会求离心率.(难点)
在数学的浩瀚宇宙中,椭圆的几何性质犹如璀璨星辰,我们曾从图形、方程范围等多个维度对其进行探索,领略了数学之美与规律.而双曲线作为圆锥曲线家族的重要成员,与椭圆有着千丝万缕的联系和独特差异.今天就让我们沿着类比研究的路径,再次开启对双曲线几何性质的探秘之旅吧!
导语
3
内容索引
01
02
05
03
由双曲线的简单几何性质求标准方程
求双曲线的离心率
随堂演练
双曲线的简单几何性质
04
课时对点练
01
双曲线的简单几何性质
问题
类比对椭圆几何性质的研究,探究双曲线-=1
(a>0,b>0)的几何性质.
提示 1.范围
利用双曲线的方程求出它的范围,由方程-=1可得=
1+≥1,
于是,双曲线上点的坐标(x,y)都适合不等式≥1,y∈
R,即x2≥a2,y∈R.
所以x≤-a,或x≥a;y∈R.
2.对称性
双曲线-=1(a>0,b>0)关于x轴、y轴和原点都是对称的.这时,坐标轴
是双曲线的对称轴,原点是双曲线的对称中心,双曲线的对称中心叫做双曲线的中心.
3.顶点
(1)双曲线-=1(a>0,b>0)与对称轴的交点,叫做双曲线的顶点.
顶点是A1(-a,0),A2(a,0),只有两个.
(2)如图,线段A1A2叫做双曲线的实轴,它的长等于2a,
a叫做双曲线的实半轴长;线段B1B2叫做双曲线的虚轴,
它的长等于2b,b叫做双曲线的虚半轴长.
(3)实轴与虚轴等长的双曲线叫做等轴双曲线.
方程为x2-y2=m(m≠0).
4.渐近线
双曲线-=1(a>0,b>0)在第一象限内的方程为y=(x>0),
它与y=x的位置关系:在y=x的下方.
它与y=x的位置的变化趋势:慢慢靠近,如图所示.
(1)双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线方程为y=±x.
(2)利用渐近线可以较准确地画出双曲线的草图.
5.离心率
(1)定义:e=.
(2)e的范围:e>1.
(3)e的含义:因为c>a>0,所以可以看出e>1,另外,注意到==
=,说明e越趋近于1,则的值越小,因此双曲线的渐近线
所夹的双曲线区域越狭窄.
知识梳理
焦点位置 焦点在x轴上 焦点在y轴上
标准方程 ___________________ ___________________
图形
性
质 范围 ;y∈R x∈R;____________
对称性 对称轴: ;对称中心:_____
-=1(a>0,b>0)
-=1(a>0,b>0)
x≤-a或x≥a
y≤-a或y≥a
坐标轴
原点
焦点位置 焦点在x轴上 焦点在y轴上
性
质 顶点坐标 ___________________ ___________________
渐近线 ________ ________
离心率 e= ,e∈ ,其中c=
a,b,c
间的关系 c2= (c>a>0,c>b>0)
A1(-a,0),A2(a,0)
A1(0,-a),A2(0,a)
y=±x
y=±x
(1,+∞)
a2+b2
(1)B1(0,-b),B2(0,b)不是双曲线上的点,不能称为顶点.
(2)双曲线的离心率刻画了双曲线的“张口”大小,e越大,开口越大.
(3)双曲线的渐近线方程要注意焦点所在轴的位置.
(4)焦点到渐近线的距离为b.
(5)实轴与虚轴等长的双曲线叫做等轴双曲线.为了便于研究,方程一般写为x2-y2=m(m≠0).
注意点
13
(课本例3)求双曲线9y2-16x2=144的实半轴长和虚半轴长、焦点坐标、离心率、渐近线方程.
例1
把双曲线的方程9y2-16x2=144化为标准方程-=1.
由此可知,实半轴长a=4,虚半轴长b=3;
c===5,
焦点坐标是(0,-5),(0,5);
离心率e==;渐近线方程为y=±x.
解:
14
求双曲线9y2-4x2=-36的顶点坐标、焦点坐标、实轴长、虚轴长、离心率、渐近线方程.
例1
将9y2-4x2=-36化为标准方程为-=1,即-=1,
所以a=3,b=2,c=.
因此顶点坐标为A1(-3,0),A2(3,0),
焦点坐标为F1(-,0),F2(,0),
实轴长2a=6,虚轴长2b=4,
离心率e==,
渐近线方程为y=±x=±x.
解:
15
若将双曲线的方程变为nx2-my2=mn(m>0,n>0),求双曲线的实半轴长、虚半轴长、顶点坐标、焦点坐标、离心率和渐近线方程.
延伸探究
把方程nx2-my2=mn(m>0,n>0)化为标准方程为-=1(m>0,n>0),
由此可知,实半轴长a=,
虚半轴长b=,顶点坐标为(-,0),(,0),c=,
焦点坐标为(,0),(-,0),
离心率e===,
所以渐近线方程为y=±x,
即y=±x.
解:
17
由双曲线的方程研究几何性质
(1)把双曲线方程化为标准形式是解决此类题的关键.
(2)由标准方程确定焦点位置,确定a,b的值.
(3)由c2=a2+b2求出c的值,从而写出双曲线的几何性质.
反思感悟
18
02
由双曲线的简单几何性质求标准方程
求满足下列条件的双曲线的标准方程:
(1)已知双曲线的焦点在x轴上,离心率为,且经过点M(-3,2);
例2
解:
设所求双曲线方程为-=1(a>0,b>0).
∵e=,
∴e2===1+=,∴=.
由题意得解得
∴所求双曲线的标准方程为-=1.
20
求满足下列条件的双曲线的标准方程:
(2)中心在原点,实轴在x轴上,一个焦点在直线3x-4y+12=0上的等轴双曲线;
例2
解:
设双曲线方程为-=1(a>0),半焦距为c,∴c2=2a2.
在直线3x-4y+12=0中,令y=0,得x=-4,
∴等轴双曲线的一个焦点坐标为(-4,0),∴c=4,∴a2=c2=×16=8,∴所求双曲线的标准方程为-=1.
21
求满足下列条件的双曲线的标准方程:
(3)过点P(4,6)且与双曲线x2-=1有相同的渐近线.
例2
解:
设与双曲线x2-=1有相同渐近线的双曲线方程为x2-=λ(λ≠0),
代入点P(4,6),得16-=λ,解得λ=4,∴x2-=4,
∴所求双曲线的标准方程为-=1.
22
由双曲线的性质求双曲线的标准方程
(1)根据双曲线的某些几何性质求双曲线方程,一般用待定系数法转化为解方程(组),但要注意焦点的位置,从而正确选择方程的形式.
(2)巧设双曲线方程的技巧
①与双曲线-=1具有相同渐近线的双曲线方程可设为-=λ(λ≠0).
②渐近线方程为Ax±By=0的双曲线方程可设为A2x2-B2y2=λ(λ≠0).
反思感悟
23
求满足下列条件的双曲线的标准方程:
(1)焦点在x轴上,虚轴长为8,离心率为;
跟踪训练1
解:
设所求双曲线的标准方程为-=1(a>0,b>0),
由题意知2b=8,
e==,
从而b=4,c=a,
代入c2=a2+b2,
得a2=9,
故双曲线的标准方程为-=1.
24
求满足下列条件的双曲线的标准方程:
(2)过点(2,0),与双曲线-=1的离心率相等.
跟踪训练1
解:
当所求双曲线的焦点在x轴上时,可设其方程为-=λ(λ>0),
将点(2,0)的坐标代入方程得λ=,
故所求双曲线的标准方程为-y2=1;
当所求双曲线的焦点在y轴上时,
可设其方程为-=k(k>0),
将点(2,0)的坐标代入方程得k=-<0(舍去).
综上可知,所求双曲线的标准方程为-y2=1.
25
03
求双曲线的离心率
已知圆C:x2+y2-10y+21=0与双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线相切,则该双曲线的离心率是
A. B. C. D.
例3
√
27
解析:
由双曲线-=1(a>0,b>0),
可得其一条渐近线的方程为y=x,
即bx-ay=0,
又由圆C:x2+y2-10y+21=0,
可得圆心为C(0,5),
半径r=2,
则圆心到渐近线的距离为d==,则=2,
可得e==.
28
求双曲线离心率的方法
(1)直接法:若可求得a,c,则直接利用e=得解.
(2)齐次式法:若得到的是关于a,c的齐次方程pc2+qac+ra2=0(p,q,r为常数,且p≠0),则转化为关于e的方程pe2+qe+r=0求解.
反思感悟
29
如图,已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,直线l经过F2,且与C交于A,B两点.若=,·=0,则双曲线C的离心率为
A. B.
C. D.
跟踪训练2
√
30
解析:
由题意知AF1⊥AF2,3|AF2|=|F2B|,且A,B都在双曲线的右支上.
设|AF2|=x,则|AF1|=x+2a,|F2B|=3x,
|F1B|=3x+2a,|AB|=4x,
在Rt△F1AB中,|F1B|2=|AB|2+|AF1|2,即(3x+2a)2=(4x)2+(x+2a)2,得x=a,
则|AF2|=a,|AF1|=3a.
在Rt△AF1F2中,|F1F2|2=|AF1|2+|AF2|2,
即4c2=(3a)2+a2,得e==.
所以双曲线C的离心率为.
31
课堂小结
1.知识清单:
(1)双曲线的简单几何性质.
(2)由双曲线的简单几何性质求标准方程.
(3)求双曲线的离心率.
2.方法归纳:待定系数法、直接法、解方程法.
3.常见误区:求双曲线方程时位置关系考虑不全面致错.
32
04
随堂演练
1
2
3
4
1.双曲线-=1的左焦点与右顶点之间的距离等于
A.6 B.8 C.9 D.10
√
解析:
由已知得左焦点的坐标为(-5,0),
右顶点的坐标为(3,0),
所以左焦点与右顶点之间的距离等于8.
2.若双曲线-y2=1的实轴长为4,则m的值为
A.± B. C.± D.
√
解析:
因为双曲线-y2=1的实轴长为4,所以2=4,解得m=±.
1
2
3
4
1
2
3
4
3.等轴双曲线C的一个焦点为(-2,0),则它的实轴长为
A. B.2 C.4 D.2
√
解析:
由题意,设等轴双曲线的方程为x2-y2=λ(λ≠0),
注意到双曲线的焦点在x轴上,则λ>0,
双曲线方程可化为-=1,
由焦点(-2,0)可知,λ+λ=4,则λ=2,
于是实半轴长为=,于是实轴长为2.
1
2
3
4
4.双曲线-=1与双曲线-=1(-4<k<12)的
A.实轴长相等 B.虚轴长相等
C.离心率相等 D.焦距相等
√
1
2
3
4
解析:
双曲线-=1的实轴长为4,虚轴长为4,双曲线-=1(-4<k<12)
的实轴长为2,虚轴长为2,
显然两条双曲线的实轴长与虚轴长不相等,所以A,B均不正确;
双曲线-=1与双曲线-=1(-4<k<12)的离心率分别为和,
不相等,所以C不正确;
双曲线-=1与双曲线-=1(-4<k<12)的焦距都为8,所以D正确.
05
课时对点练
答案
1
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6
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9
10
11
12
对一对
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14
15
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 B D B B AD D B +1
题号 9 11 12 13
答案 -=1 B AC 2
10.
答案
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12
(1)由两顶点间的距离是6,得2a=6,即a=3.
由两焦点所连线段被两顶点和中心四等分可得2c=4a=12,即c=6,
于是有b2=c2-a2=62-32=27.
由于焦点所在的坐标轴不确定,故所求双曲线的标准方程为-=1或-=1.
(2)设双曲线方程为4x2-9y2=λ(λ≠0),
即-=1(λ≠0),由题意得a=3.
13
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10.
答案
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11
12
当λ>0时,=9,λ=36,
双曲线方程为-=1;
当λ<0时,=9,λ=-81,
双曲线方程为-=1.
故所求双曲线的标准方程为
-=1或-=1.
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答案
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12
(1)∵双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线的倾斜角为,∴=tan =,即b=a,
∴c===2a,
∴双曲线C的离心率e===2.
(2)如图,F为双曲线的右焦点,直线CD是双曲线的一
条渐近线y=x,即bx-ay=0,
作AC⊥CD于C,BD⊥CD于D,FE⊥CD于E,
14.
13
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答案
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12
|AC|=d1,|BD|=d2,所以四边形ACDB是梯形.
因为F是AB的中点,所以|EF|==3,
又F(c,0),所以由点到直线的距离公式可得,
|EF|==b,
∴b=3,∴a=,
则双曲线C的标准方程为-=1.
14.
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答案
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12
因为双曲线的离心率为,可得e==,解得a=2,
所以双曲线的标准方程为-x2=1,可得其渐近线的方程为y=±2x,
不妨设P(m,2m),Q(n,-2n),
则M,
因为M在C上,所以-=1,可得mn=-1,
设直线OP的倾斜角为θ,则tan θ=2,
15.
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答案
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12
可得sin∠POQ=sin(π-2θ)=sin 2θ=2sin θcos θ
===,
所以S△OPQ=|OP||OQ|sin∠POQ=×××=2|mn|=2.
15.
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14
15
1.已知双曲线C:-=1的一条渐近线方程为y=x,则实数m的值为
A. B. C.3 D.9
√
答案
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基础巩固
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解析:
由题意双曲线C:-=1的一条渐近线方程为y=x,所以m>0,=,解得m=.
2.已知双曲线的实轴和虚轴等长,且过点(5,3),则双曲线方程为
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
答案
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解析:
由题意知,所求双曲线是等轴双曲线,设其方程为x2-y2=λ(λ≠0),将点(5,3)代入方程,可得λ=52-32=16,所以双曲线方程为x2-y2=16,即-=1.
√
3.若双曲线-=1的离心率为,则其渐近线方程为
A.y=±2x B.y=±x
C.y=±x D.y=±x
解析:
∵e=,
∴=,即=3,
∴b2=2a2,∴双曲线方程为-=1,
∴渐近线方程为y=±x.
答案
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√
4.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,若双曲线上存在点P满足|PF1|∶|PF2|∶|F1F2|=4∶6∶5,则该双曲线的离心率为
A.2 B. C. D.5
解析:
设|PF1|=4m,|PF2|=6m,|F1F2|=5m,m>0,则e===.
答案
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√
5.(多选)若双曲线C的一个焦点为F(5,0),P是双曲线上一点,且渐近线方程为y=±x,则下列结论正确的是
A.C的方程为-=1
B.C的离心率为
C.焦点到渐近线的距离为3
D.|PF|的最小值为2
√
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答案
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解析:
由双曲线C的一个焦点为F(5,0),且渐近线方程为y=±x,可得c=5,焦点在x轴上,所以=,因为c=5,所以b=4,a=3,所以C的方程为-=1,A正确;
离心率为e=,B不正确;
焦点到渐近线的距离为d==4,C不正确;
|PF|的最小值为c-a=2,D正确.
6.已知双曲线C:x2-2y2=λ(λ≠0),则其离心率为
A. B. C. D.或
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解析:
当λ>0时,原方程化为-=1,
此时a2=λ,b2=,c2=a2+b2=,
由e2==,可得e=;
当λ<0时,原方程化为-=1,
此时a2=-,b2=-λ,c2=a2+b2=-,
e2==3,可得e=.
∴其离心率为或.
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15
7.已知双曲线-=1(a>0,b>0)的两条渐近线均和圆C:x2+y2+6x+5=0相切,且圆C的圆心是双曲线的一个焦点,则该双曲线的标准方程为
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
答案
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解析:
因为圆C:x2+y2+6x+5=0的标准方程为(x+3)2+y2=4,所以圆心为C(-3,0),半径r=2,所以c=3,
又双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线方程为y=±x,即bx±ay=0,
由题意知==2,
所以b=2,
又a2+b2=9,所以b2=4,a2=5,
则双曲线的标准方程为-=1.
8.如图,已知正六边形ABCDEF,双曲线以B,E为焦点,且经过A,C,D,F四点,则该双曲线的离心率为 .
答案
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解析:
连接BE,BF(图略),由题意得|BE|=2c,则|EF|=c,
在正六边形ABCDEF中,易知∠BEF=60°,
∠BFE=90°,所以在Rt△BFE中,|BF|=c,
又|BF|-|EF|=c-c=2a,即(-1)c=2a,
所以e===+1.
9.已知F是双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一个焦点,C的离心率为,M,N是C上关于原点对称的两点,|FM|-|FN|=6.则双曲线C的标准方程为
.
答案
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-=1
答案
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解析:
根据双曲线的对称性,不妨设左焦点为F,右焦点为F',点M在双曲线右支上,点N在双曲线左支上,如图,线段FF'和MN互相平分,
所以四边形FNF'M是平行四边形,|FN|=|MF'|,
所以|FM|-|FN|=|MF|-|MF'|=6,则2a=6,又=,得a=3,
c=5,b2=c2-a2=16,
所以双曲线C的标准方程是-=1.
10.求适合下列条件的双曲线的标准方程.
(1)两顶点间的距离是6,两焦点所连线段被两顶点和中心四等分;
答案
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11
12
由两顶点间的距离是6,得2a=6,即a=3.
由两焦点所连线段被两顶点和中心四等分可得2c=4a=12,即c=6,
于是有b2=c2-a2=62-32=27.
由于焦点所在的坐标轴不确定,故所求双曲线的标准方程为-=1或-=1.
解:
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10.求适合下列条件的双曲线的标准方程.
(2)渐近线方程为2x±3y=0,且两顶点间的距离是6.
答案
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设双曲线方程为4x2-9y2=λ(λ≠0),
即-=1(λ≠0),由题意得a=3.
当λ>0时,=9,λ=36,
双曲线方程为-=1;
当λ<0时,=9,λ=-81,
解:
13
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10.求适合下列条件的双曲线的标准方程.
(2)渐近线方程为2x±3y=0,且两顶点间的距离是6.
答案
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双曲线方程为-=1.
故所求双曲线的标准方程为
-=1或-=1.
解:
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11.已知双曲线-=1(a>0,b>0)与椭圆+=1有相同的焦点F1,F2,点P为双曲线与椭圆的一个交点,且满足|PF1|=2|PF2|,则双曲线的渐近线方程是
A.y=±x B.y=±x
C.y=±x D.y=±x
答案
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综合运用
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解析:
由椭圆定义知|PF1|+|PF2|=6,又|PF1|=2|PF2|,解得|PF1|=4,|PF2|=2.
由双曲线定义知2a=|PF1|-|PF2|=2,∴a=1.
由椭圆方程知c==2,∴b==,
∴双曲线的渐近线方程为y=±x=±x.
12.(多选)已知双曲线C:-=1的左、右焦点分别为F1,F2,则下列说法正确的是
A.若双曲线C上一点P满足|PF1|=2|PF2|,则△PF1F2的周长为28
B.双曲线C的渐近线方程为3x±4y=0
C.若从双曲线C的左、右支上各任取一点,则这两点的最短距离为6
D.双曲线C的离心率与椭圆+=1的离心率互为倒数
√
答案
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√
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解析:
由题意知F1(-5,0),F2(5,0).
对于A,|PF1|=2|PF2|,||PF1|-|PF2||=2a=6,
故|PF1|=12,|PF2|=6,又|F1F2|=10,
则△PF1F2的周长为12+6+10=28,故A正确;
对于B,双曲线C:-=1的渐近线方程为4x±3y=0,故B错误;
对于C,从双曲线C的左、右支上各任取一点,则这两点的最短距离为2a=6,故C正确;
对于D,双曲线C的离心率e1=,椭圆+=1的离心率e2=,故D错误.
13.过双曲线-=1(a>0,b>0)的一个焦点F作一条渐近线的垂线l,垂足为点A,直线l与另一条渐近线相交于点B,若A是线段FB的中点,则双曲线的离心率为 .
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解析:
由对称性,不妨设F(0,c),另一个焦点为F',
设l与渐近线y=x垂直,垂足为点A,与渐近线y=-x交于点B,
如图,因为A是线段FB的中点,且l与y=x垂直,
所以|OF|=|OB|,因此△OFB是等腰三角形,因此∠AOF=∠AOB,
则由对称性可知,∠AOF=∠BOF',又∠AOF+∠AOB+∠BOF'=π,
所以∠AOB=,
因此由对称性可知x轴平分∠AOB,所以渐近线y=x的斜率=tan=,所以=,
则双曲线的离心率为e====2.
14.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线的倾斜角为,过双曲
线的右焦点且垂直于x轴的直线与双曲线交于A,B两点,设A,B到双曲线的同一条渐近线的距离分别为d1和d2,且d1+d2=6.
(1)求双曲线C的离心率;
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∵双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线的倾斜角为,
∴=tan =,即b=a,
∴c===2a,
∴双曲线C的离心率e===2.
解:
14.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线的倾斜角为,过双曲
线的右焦点且垂直于x轴的直线与双曲线交于A,B两点,设A,B到双曲线的同一条渐近线的距离分别为d1和d2,且d1+d2=6.
(2)求双曲线C的标准方程.
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解:
如图,F为双曲线的右焦点,直线CD是双曲线的一条
渐近线y=x,即bx-ay=0,
作AC⊥CD于C,BD⊥CD于D,FE⊥CD于E,
|AC|=d1,|BD|=d2,所以四边形ACDB是梯形.
14.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线的倾斜角为,过双曲
线的右焦点且垂直于x轴的直线与双曲线交于A,B两点,设A,B到双曲线的同一条渐近线的距离分别为d1和d2,且d1+d2=6.
(2)求双曲线C的标准方程.
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解:
因为F是AB的中点,所以|EF|==3,
又F(c,0),所以由点到直线的距离公式可得,|EF|==b,
∴b=3,∴a=,
则双曲线C的标准方程为-=1.
15.已知双曲线C:-x2=1(a>0)的离心率为,过双曲线上一点M(x0,y0)
作直线l,分别与双曲线的两条渐近线交于点P,Q,且M为PQ的中点,O为坐标原点,求△OPQ的面积.
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拓广探究
因为双曲线的离心率为,可得e==,解得a=2,
所以双曲线的标准方程为-x2=1,可得其渐近线的方程为y=±2x,
不妨设P(m,2m),Q(n,-2n),
则M,
解:
15.已知双曲线C:-x2=1(a>0)的离心率为,过双曲线上一点M(x0,y0)
作直线l,分别与双曲线的两条渐近线交于点P,Q,且M为PQ的中点,O为坐标原点,求△OPQ的面积.
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因为M在C上,所以-=1,可得mn=-1,
设直线OP的倾斜角为θ,则tan θ=2,
可得sin∠POQ=sin(π-2θ)=sin 2θ=2sin θcos θ
===,
所以S△OPQ=|OP||OQ|sin∠POQ=×××=2|mn|=2.
解:
THANKS
本课结束
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