高考数学考点归纳之 双曲线
高考数学考点归纳之双曲线
一、基础知识
1.双曲线的定义
平面内到两个定点F1,F2的距离的差的绝对值等于常数2a?(2a<|F1F2|)的点P的轨迹叫做双曲线?.这两个定点叫做双曲线的焦点,两焦点间的距离叫做双曲线的焦距.?当|PF1|-|PF2|=2a(2a<|F1F2|)时,点P的轨迹为靠近F2的双曲线的一支.
当|PF1|-|PF2|=-2a(2a<|F1F2|)时,点P的轨迹为靠近F1的双曲线的一支.
?若2a=2c,则轨迹是以F1,F2为端点的两条射线;若2a>2c,则轨迹不存在;若2a =0,则轨迹是线段F1F2的垂直平分线.
2.双曲线的标准方程
(1)中心在坐标原点,焦点在x轴上的双曲线的
标准方程为x2
a2-y2
b2=1(a>0,b>0).
(2)中心在坐标原点,焦点在y轴上的双曲线的
标准方程为y2
a2-x2
b2=1(a>0,b>0).3.双曲线的几何性质
二、常用结论
(1)过双曲线的一个焦点且与实轴垂直的弦的长为2b 2
a
,也叫通径.
(2)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 2
b 2=t (t ≠0).
(3)双曲线的焦点到其渐近线的距离为b .
(4)若P 是双曲线右支上一点,F 1,F 2分别为双曲线的左、右焦点,则|PF 1|min =a +c ,|PF 2|min
=c -a .
考点一 双曲线的标准方程
[典例] (1)(2018·石家庄摸底)已知双曲线过点(2,3),渐近线方程为y =±3x ,则该双曲线的标准方程是( )
A.7x 216-y 2
12=1 B.y 23-x 2
2=1 C .x 2-
y 2
3
=1 D.3y 223-x 2
23
=1 (2)(2018·天津高考)已知双曲线x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的离心率为2,过右焦点且垂直于
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d 1和d 2,且d 1+d 2=6,则双曲线的方程为( )
A.x 24-y 2
12=1 B.x 212-y 2
4=1 C.x 23-y 2
9
=1 D.x 29-y 2
3
=1 [解析] (1)法一:当双曲线的焦点在x 轴上时,设双曲线的标准方程是x 2a 2-y 2
b
2=1(a >0,
b >0),由题意得???
4a 2-9
b 2
=1,b
a =
3,
解得???
a =1,
b =3,
所以该双曲线的标准方程为x 2
-y 2
3=1;当
双曲线的焦点在y 轴上时,设双曲线的标准方程是y 2a 2-x 2
b
2=1(a >0,b >0),由题意得
??? 9a 2-4
b 2
=1,a b =
3,
无解.故该双曲线的标准方程为x 2-
y 2
3
=1,选C. 法二:当其中的一条渐近线方程y =3x 中的x =2时,y =23>3,又点(2,3)在第一象限,所以双曲线的焦点在x 轴上,设双曲线的标准方程是x 2a 2-y 2
b
2=1(a >0,b >0),由题意得
???
4a 2-9
b 2
=1,b a =
3,
解得???
a =1,
b =3,
所以该双曲线的标准方程为x 2
-y 2
3=1,故选C.
法三:因为双曲线的渐近线方程为y =±3x ,即
y
3
=±x ,所以可设双曲线的方程是x 2-y 23=λ(λ≠0),将点(2,3)代入,得λ=1,所以该双曲线的标准方程为x 2
-y 2
3
=1,故选C. (2)法一:如图,不妨设A 在B 的上方,则A ????c ,b 2
a ,B ????c ,-b
2
a . 又双曲线的一条渐近线为bx -ay =0, 则d 1+d 2=bc -
b 2+b
c +b 2a 2+b 2=2bc
c =2b
=6,所以b =3.
又由e =c
a =2,知a 2+
b 2=4a 2,所以a = 3.
所以双曲线的方程为x 23-y 2
9
=1.
法二:由d 1+d 2=6,得双曲线的右焦点到渐近线的距离为3,所以b =3.因为双曲线 x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的离心率为2,所以c
a =2,所以a 2+
b 2a 2=4,所以a 2+9a 2=4,解得a 2=3,所以双曲线的方程为x 23-y 2
9
=1,故选C.
[答案] (1)C (2)C [题组训练]
1.已知双曲线x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,点P 在双曲线的右
支上,若|PF 1|-|PF 2|=4b ,且双曲线的焦距为25,则该双曲线的标准方程为( )
A.x 24-y 2
=1 B.x 23-y 2
2=1 C .x 2-
y 2
4
=1 D.x 22-y 2
3
=1
解析:选A 由题意可得?????
|PF 1|-|PF 2|=2a =4b ,c 2=a 2+b 2
,
2c =25,
解得?
????
a 2=4,
b 2=1,则该双曲线的标准方程为x 24-y 2
=1.
2.已知双曲线x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的实轴长为4,离心率为 5,则双曲线的标准方
程为( )
A.x 24-y 2
16=1 B .x 2-
y 2
4=1 C.x 22-y 2
3
=1 D .x 2-
y 2
6
=1 解析:选A 因为双曲线x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的实轴长为4,所以a =2,由离心率为
5,可得c a =5,c =25,所以b =c 2-a 2=20-4=4,则双曲线的标准方程为x 24-y 2
16=
1.
3.经过点P (3,27),Q (-62,7)的双曲线的标准方程为____________. 解析:设双曲线方程为mx 2+ny 2=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.
故所求双曲线方程为y 225-x 2
75=1.
答案:y 225-x 2
75=1
考点二 双曲线定义的应用
考法(一) 利用双曲线的定义求双曲线方程
[典例] 已知动圆M 与圆C 1:(x +4)2+y 2=2外切,与圆C 2:(x -4)2+y 2=2内切,则动圆圆心M 的轨迹方程为( )
A.x 22-y 2
14=1(x ≥ 2) B.x 22-y 2
14=1(x ≤-2) C.x 22+y 2
14
=1(x ≥ 2) D.x 22+y 2
14
=1(x ≤-2) [解析] 设动圆的半径为r ,由题意可得|MC 1|=r +2,|MC 2|=r -2,所以|MC 1|-|MC 2|
=22=2a ,故由双曲线的定义可知动点M 在以C 1(-4,0),C 2(4,0)为焦点,实轴长为2a =22的双曲线的右支上,即a =2,c =4?b 2
=16-2=14,故动圆圆心M 的轨迹方程为x 2
2
-
y 2
14
=1(x ≥ 2). [答案] A
[解题技法]
利用双曲线的定义判定平面内动点与两定点的轨迹是否为双曲线,进而根据要求可求出双曲线方程.
考法(二) 焦点三角形问题
[典例] 已知F 1,F 2为双曲线C :x 2-y 2=1的左、右焦点,点P 在C 上,∠F 1PF 2=60°,则|PF 1|·|PF 2|等于( )
A .2
B .4
C .6
D .8
[解析] 由双曲线的方程得a =1,c =2, 由双曲线的定义得||PF 1|-|PF 2||=2. 在△PF 1F 2中,由余弦定理得
|F 1F 2|2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|cos 60°, 即(22)2=|PF 1|2+|PF 2|2-|PF 1|·|PF 2| =(|PF 1|-|PF 2|)2+|PF 1|·|PF 2| =22+|PF 1|·|PF 2|, 解得|PF 1|·|PF 2|=4. [答案] B [解题技法]
在双曲线中,有关焦点三角形的问题常用双曲线定义和解三角形的知识来解决,尤其是涉及|PF 1|,|PF 2|的问题,一般会用到双曲线定义.涉及焦点三角形的面积问题,若顶角θ已知,则用S △PF 1F 2=1
2|PF 1||PF 2|sin θ,|||PF 1|-|PF 2|=2a 及余弦定理等知识;若顶角θ未知,
则用S △PF 1F 2=1
2
·2c ·|y 0|来解决.
[题组训练]
1.已知点F 1(-3,0)和F 2(3,0),动点P 到F 1,F 2的距离之差为4,则点P 的轨迹方程为
( )
A.x 24-y 2
5=1(y >0) B.x 24-y 2
5=1(x >0) C.y 24-x 2
5
=1(y >0) D.y 24-x 2
5
=1(x >0) 解析:选B 由题设知点P 的轨迹方程是焦点在x 轴上的双曲线的右支,设其方程为x 2
a 2
-y 2b 2=1(x >0,a >0,b >0),由题设知c =3,a =2,b 2
=9-4=5,所以点P 的轨迹方程为x 2
4-y 2
5
=1(x >0). 2.已知双曲线
x 2-
y 224=1的两个焦点为F 1,F 2,P 为双曲线右支上一点.若|PF 1|=4
3
|PF 2|,则△F 1PF 2的面积为( )
A .48
B .24
C .12
D .6
解析:选B 由双曲线的定义可得 |PF 1|-|PF 2|=1
3
|PF 2|=2a =2,
解得|PF 2|=6,故|PF 1|=8,又|F 1F 2|=10, 由勾股定理可知三角形PF 1F 2为直角三角形, 因此S △F 1PF 2=1
2|PF 1|·|PF 2|=24.
考点三 双曲线的几何性质
考法(一) 求双曲线的离心率(或范围)
[典例] (2018·长春二测)已知双曲线x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,
点P 在双曲线的右支上,且|PF 1|=4|PF 2|,则双曲线离心率的取值范围是( )
A.????53,2
B.????1,5
3 C .(1,2]
D.???
?5
3,+∞ [解析] 由双曲线的定义可知|PF 1|-|PF 2|=2a ,又|PF 1|=4|PF 2|,所以|PF 2|=
2a
3
,由双曲线上的点到焦点的最短距离为c -a ,可得2a 3≥c -a ,解得c a ≤53, 即e ≤5
3,又双曲线的离心
率e >1,故该双曲线离心率的取值范围为???
?1,5
3,故选B. [答案] B [解题技法]
1.求双曲线的离心率或其范围的方法
(1)求a ,b ,c 的值,由c 2a 2=a 2+b 2a 2=1+b 2
a
2直接求e .
(2)列出含有a ,b ,c 的齐次方程(或不等式),借助于b 2=c 2-a 2消去b ,然后转化成关于e 的方程(或不等式)求解.
2.求离心率的口诀归纳
离心率,不用愁,寻找等式消b 求; 几何图形寻迹踪,等式藏在图形中.
考法(二) 求双曲线的渐近线方程
[典例] (2019·武汉部分学校调研)已知双曲线C :x 2m 2-y 2
n 2=1(m >0,n >0)的离心率与椭
圆x 225+y 2
16
=1的离心率互为倒数,则双曲线C 的渐近线方程为( ) A .4x ±3y =0 B .3x ±4y =0
C .4x ±3y =0或3x ±4y =0
D .4x ±5y =0或5x ±4y =0
[解析] 由题意知,椭圆中a =5,b =4,∴椭圆的离心率e = 1-b 2a 2=3
5
,∴双曲线的离心率为 1+n 2m 2=53,∴n m =43,∴双曲线的渐近线方程为y =±n m x =±4
3
x ,即4x ±3y =0.故选A.
[答案] A
[解题技法] 求双曲线的渐近线方程的方法
求双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)或y 2a 2-x 2
b 2=1(a >0,b >0)的渐近线方程的方法是令右边
的常数等于0,即令x 2a 2-y 2b 2=0,得y =±b a x ;或令y 2a 2-x 2b 2=0,得y =±a
b x .反之,已知渐近线方
程为y =±b a x ,可设双曲线方程为x 2a 2-y 2
b
2=λ(a >0,b >0,λ≠0).
[题组训练]
1.(2019·潍坊统一考试)已知双曲线x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的焦点到渐近线的距离为3,
且离心率为2,则该双曲线的实轴的长为( )
A .1
B.3
C .2
D .23
解析:选C 由题意知双曲线的焦点(c,0)到渐近线bx -ay =0的距离为bc
a 2+
b 2
=b =3,即c 2-a 2=3,又e =c
a
=2,所以a =1,该双曲线的实轴的长为2a =2.
2.已知直线l 是双曲线C :x 22-y 2
4=1的一条渐近线,P 是直线l 上一点,F 1,F 2是双
曲线C 的左、右焦点,若PF 1―→·PF 2―→
=0,则点P 到x 轴的距离为( )
A.233
B.2 C .2
D.263
解析:选C 由题意知,双曲线的左、右焦点分别为F 1(-6,0),F 2(6,0),不妨设直线l 的方程为y =2x ,设P (x 0,2x 0).由PF 1―→·PF 2―→
=(-6-x 0,-2x 0)·(6-x 0,-2x 0)=3x 20-6=0,得x 0=±2,故点P 到x 轴的距离为|2x 0|=2,故选C.
3.(2019·成都一诊)如图,已知双曲线E :x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0),
长方形ABCD 的顶点A ,B 分别为双曲线E 的左、右焦点,且点C ,D 在双曲线E 上,若|AB |=6,|BC |=5
2
,则双曲线E 的离心率为( )
A. 2
B.32
C.52
D.5
解析:选B 根据|AB |=6可知c =3,又|BC |=52,所以b 2a =52,b 2=52a ,所以c 2=a 2+5
2a
=9,解得a =2(舍负),所以e =c a =3
2
.
4.(2018·郴州二模)已知双曲线y 2m -x 2
9=1(m >0)的一个焦点在直线x +y =5上,则双曲
线的渐近线方程为( )
A .y =±3
4x
B .y =±4
3x
C .y =±22
3
x
D .y =±32
4
x
解析:选B 由双曲线y 2m -x 2
9=1(m >0)的焦点在y 轴上,且在直线x +y =5上,直线x
+y =5与y 轴的交点为(0,5),
有c =5,则m +9=25,得m =16,
所以双曲线的方程为y 216-x 2
9=1,
故双曲线的渐近线方程为y =±4
3
x .故选B.
[课时跟踪检测]
A 级
1.(2019·襄阳联考)直线l :4x -5y =20经过双曲线C :x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的一个焦
点和虚轴的一个端点,则双曲线C 的离心率为( )
A.5
3 B.35 C.54
D.45
解析:选A 由题意知直线l 与两坐标轴分别交于点(5,0),(0,-4),从而c =5,b =4,∴a =3,双曲线C 的离心率e =c a =53
.
2.设F 1,F 2分别是双曲线x 2-
y 2
9
=1的左、右焦点,若点P 在双曲线上,且|PF 1|=6,则|PF 2|=( )
A .6
B .4
C .8
D .4或8
解析:选D 由双曲线的标准方程可得a =1,则||PF 1|-|PF 2||=2a =2,即|6-|PF 2||=2,解得|PF 2|=4或8.
3.(2018·全国卷Ⅲ)已知双曲线C :x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的离心率为2,则点(4,0)到C
的渐近线的距离为( )
A. 2 B .2 C.322
D .22
解析:选D ∵e =c
a
=
1+b 2a 2=2,∴b a
=1. ∴双曲线的渐近线方程为x ±y =0. ∴点(4,0)到C 的渐近线的距离d =
4
2
=2 2. 4.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 2
9=1的( )
A .离心率相等
B .虚半轴长相等
C .实半轴长相等
D .焦距相等
解析:选D 由0 5.(2018·陕西部分学校摸底)在平面直角坐标系xOy 中,已知双曲线C 1:2x 2-y 2=1,过C 1的左顶点引C 1的一条渐近线的平行直线,则该直线与另一条渐近线及x 轴所围成的三角形的面积为( ) A.2 4 B.22 C.28 D.216 解析:选C 设双曲线C 1的左顶点为A ,则A ? ?? ? - 22,0, 双曲线的渐近线方程为y =±2x ,不妨设题中过点A 的直线与渐近线y =2x 平行,则该直线的方程为y =2? ?? ? x + 22,即y =2x +1.联立?? ? y =-2x , y =2x +1, 解得??? x =-24,y =1 2. 所以该直线与另一条渐近线及x 轴所围 成的三角形的面积S =12·|OA |·12=12×22×12=2 8 ,故选C. 6.(2019·辽宁五校协作体模考)在平面直角坐标系xOy 中,已知双曲线C :x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)的离心率为5,从双曲线C 的右焦点F 引渐近线的垂线,垂足为A ,若△AFO 的面积为1,则双曲线C 的方程为( ) A.x 22-y 2 8=1 B.x 24-y 2 =1 C.x 24-y 2 16 =1 D .x 2- y 2 4 =1 解析:选D 因为双曲线C 的右焦点F 到渐近线的距离|F A |=b ,|OA |=a ,所以ab =2,又双曲线C 的离心率为5,所以 1+b 2 a 2=5,即b 2=4a 2,解得a 2=1,b 2=4,所以双曲线C 的方程为 x 2- y 2 4 =1,故选D. 7.(2018·北京高考)若双曲线x 2a 2-y 24=1(a >0)的离心率为5 2,则a =________. 解析:由e =c a = a 2+ b 2a 2,得a 2+4a 2=5 4 , ∴a 2=16. ∵a >0,∴a =4. 答案:4 8.过双曲线 x 2- y 2 3 =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 |=________. 解析:双曲线的右焦点为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 2 3 =0,将x =2代入 x 2- y 2 3 =0,得y 2=12,y =±23,故|AB |=4 3. 答案:43 9.(2018·海淀期末)双曲线x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)的渐近线为正方形OABC 的边OA , OC 所在的直线,点B 为该双曲线的焦点.若正方形OABC 的边长为2,则a =________. 解析:双曲线x 2a 2-y 2b 2=1的渐近线方程为y =±b a x ,由已知可得两条渐近线互相垂直,由 双曲线的对称性可得b a =1.又正方形OABC 的边长为2,所以c =22,所以a 2+ b 2= c 2=(22)2, 解得a =2. 答案:2 10.(2018·南昌摸底调研)已知双曲线C :x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)的右焦点为F ,过点F 作圆(x -a )2+y 2=c 2 16 的切线,若该切线恰好与C 的一条渐近线垂直,则双曲线C 的离心率为________. 解析:不妨取与切线垂直的渐近线方程为y =b a x ,由题意可知该切线方程为y =-a b (x - c ),即 ax +by -ac =0.圆(x -a )2+y 2= c 216的圆心为(a,0),半径为c 4 ,则圆心到切线的距离d =|a 2-ac | a 2+ b 2=a c -a 2c =c 4,又e =c a ,则e 2-4e +4=0,解得e =2,所以双曲线C 的离心率e =2. 答案:2 11.已知双曲线的中心在原点,焦点F 1,F 2在坐标轴上,离心率为2,且过点(4, -10),点M (3,m )在双曲线上. (1)求双曲线的方程; (2)求证:MF 1―→·MF 2―→ =0; (3)求△F 1MF 2的面积. 解:(1)∵e =2, ∴双曲线的实轴、虚轴相等. 则可设双曲线方程为x 2-y 2=λ. ∵双曲线过点(4,-10), ∴16-10=λ,即λ=6. ∴双曲线方程为x 26-y 2 6 =1. (2)证明:不妨设F 1,F 2分别为双曲线的左、右焦点, 则MF 1―→=(-23-3,-m ),MF 2―→ =(23-3,-m ). ∴MF 1―→·MF 2―→ =(3+23)×(3-23)+m 2=-3+m 2, ∵M 点在双曲线上, ∴9-m 2=6,即m 2-3=0, ∴MF 1―→·MF 2―→=0. (3)△F 1MF 2的底边长|F 1F 2|=4 3. 由(2)知m =± 3. ∴△F 1MF 2的高h =|m |=3, ∴S △F 1MF 2=1 2 ×43×3=6. 12.中心在原点,焦点在x 轴上的椭圆与双曲线有共同的焦点F 1,F 2,且|F 1F 2|=213,椭圆的长半轴长与双曲线实半轴长之差为4,离心率之比为3∶7. (1)求椭圆和双曲线的方程; (2)若P 为这两曲线的一个交点,求cos ∠F 1PF 2的值. 解:(1)由题知c =13,设椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),双曲线方程为x 2m 2-y 2n 2=1(m >0, n >0), 则???? ? a -m =4,7·13a =3·13 m , 解得a =7,m =3.则b =6,n =2. 故椭圆方程为x 249+y 236=1,双曲线方程为x 29-y 2 4 =1. (2)不妨设F 1,F 2分别为椭圆与双曲线的左、右焦点,P 是第一象限的交点, 则|PF 1|+|PF 2|=14,|PF 1|-|PF 2|=6, 所以|PF 1|=10,|PF 2|=4. 又|F 1F 2|=213, 所以cos ∠F 1PF 2=|PF 1|2+|PF 2|2-|F 1F 2|22|PF 1||PF 2|=102+42-(213)22×10×4=4 5. B 级 1.已知圆(x -1)2+y 2= 34的一条切线y =kx 与双曲线C :x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)有两个交点,则双曲线C 的离心率的取值范围是( ) A .(1,3) B .(1,2) C .(3,+∞) D .(2,+∞) 解析:选D 由题意,知圆心(1,0)到直线kx -y =0的距离d =|k |k 2+1=3 2 ,∴k =±3, 由题意知b a >3,∴1+b 2 a 2>4,即a 2+ b 2a 2= c 2a 2>4,∴e >2. 2.(2019·吉林百校联盟联考)如图,双曲线C :x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)的左、右焦点分 别为F 1,F 2,直线l 过点F 1且与双曲线C 的一条渐近线垂直,与两条渐近线分别交于M ,N 两点,若|NF 1|=2|MF 1|,则双曲线C 的渐近线方程为( ) A .y =±33x B .y =±3x C .y =± 22 x D .y =±2x 解析:选B ∵|NF 1|=2|MF 1|,∴M 为NF 1的中点, 又OM ⊥F 1N ,∴∠F 1OM =∠NOM , 又∠F 1OM =∠F 2ON ,∴∠F 2ON =60°, ∴双曲线C 的渐近线的斜率k =±tan 60°=±3, 即双曲线C 的渐近线方程为y =±3x .故选B. 3.设A ,B 分别为双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的左、右顶点,双曲线的实轴长为43, 焦点到渐近线的距离为 3. (1)求双曲线的方程; (2)已知直线y = 3 3 x -2与双曲线的右支交于M ,N 两点,且在双曲线的右支上存在点D ,使OM ―→+ON ―→=t OD ―→ ,求t 的值及点D 的坐标. 解:(1)由题意知a =23, ∵一条渐近线为y =b a x ,∴bx -ay =0. 由焦点到渐近线的距离为3,得 |bc | b 2+a 2 = 3. 又∵c 2=a 2+b 2,∴b 2=3,∴双曲线的方程为x 212-y 2 3 =1. (2)设M (x 1,y 1),N (x 2,y 2),D (x 0,y 0), 则x 1+x 2=tx 0,y 1+y 2=ty 0. 将直线方程y =33x -2代入双曲线方程x 212-y 2 3=1得 x 2-163x +84=0, 则x 1+x 2=163,y 1+y 2=3 3(x 1+x 2 )-4=12. ∴??? x 0y 0=43 3,x 20 12-y 20 3=1. 解得??? x 0=43,y 0=3. ∴t =4,点D 的坐标为(43,3).