(2020年高考专用)第九章 平面解析几何第7节.doc
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1、第第 7 节节 双曲线双曲线 最新考纲 了解双曲线的定义、几何图形和标准方程,知道其简单的几何性质(范 围、对称性、顶点、离心率、渐近线). 知 识 梳 理 1.双曲线的定义 我们把平面内到两定点 F1, F2的距离之差的绝对值等于常数(大于零且小于|F1F2|) 的点的集合叫作双曲线.定点 F1,F2叫作双曲线的焦点,两个焦点之间的距离叫 作双曲线的焦距.其数学表达式:集合 PM|MF1|MF2|2a,|F1F2|2c,其 中 a,c 为常数且 a0,c0: (1)若 ac,则集合 P 为空集. 2.双曲线的标准方程和几何性质 标准方程 x2 a2 y2 b21 (a0,b0) y2 a2
2、x2 b21 (a0,b0) 图 形 性 质 范围 xa 或 xa,yR xR,ya 或 ya 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) 渐近线 y b ax y a bx 离心率 ec a,e(1,) 实虚轴 线段A1A2叫作双曲线的实轴, 它的长度|A1A2|2a; 线段B1B2 叫作双曲线的虚轴,它的长度|B1B2|2b;a 叫作双曲线的 实半轴长,b 叫作双曲线的虚半轴长 a,b,c 的关系 c2a2b2 微点提醒 1.过双曲线的一个焦点且与实轴垂直的弦的长为2b 2 a . 2.离心率 ec a a2b2 a 1b
3、2 a2. 3.等轴双曲线的渐近线互相垂直,离心率等于 2. 基 础 自 测 1.判断下列结论正误(在括号内打“”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)平面内到点 F1(0,4),F2(0,4)距离之差等于 6 的点的轨迹是双曲线.( ) (3)方程x 2 m y2 n1(mn0)表示焦点在 x 轴上的双曲线.( ) (4)双曲线 x2 m2 y2 n2(m0,n0,0)的渐近线方程是 x m y n0.( ) (5)若双曲线x 2 a2 y2 b21(a0,b0)与 x2 b2 y2 a21(a0,b0)的离心
4、率分别是 e1,e2, 则 1 e21 1 e221(此条件中两条双曲线称为共轭双曲线).( ) 解析 (1)因为|MF1|MF2|8|F1F2|,表示的轨迹为两条射线. (2)由双曲线的定义知,应为双曲线的一支,而非双曲线的全部. (3)当 m0,n0 时表示焦点在 x 轴上的双曲线,而 m0,n0 时则表示焦点 在 y 轴上的双曲线. 答案 (1) (2) (3) (4) (5) 2.(选修 21P82 练习 1(1)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_. 解析 设双曲线方程为:x2y2(0),把点 A(3,1)代入,得 8,故所求 双曲线方程为x 2 8
5、 y2 81. 答案 x2 8 y2 81 3.(选修21P78讲解引申改编)已知双曲线x2 y2 161上一点P到它的一个焦点的 距离等于 4,那么点 P 到另一个焦点的距离等于_. 解析 设双曲线的焦点为 F1,F2,|PF1|4,则|PF1|PF2|2,故|PF2|6 或 2, 又双曲线上的点到焦点的距离的最小值为 ca 171,故|PF2|6. 答案 6 4.(2018 浙江卷)双曲线x 2 3y 21 的焦点坐标是( ) A.( 2,0),( 2,0) B.(2,0),(2,0) C.(0, 2),(0, 2) D.(0,2),(0,2) 解析 由题可知双曲线的焦点在 x 轴上,又
6、c2a2b2314,所以 c2,故 焦点坐标为(2,0),(2,0). 答案 B 5.(2017 全国卷)双曲线x 2 a2 y2 9 1(a0)的一条渐近线方程为 y3 5x,则 a _. 解析 由题意可得3 a 3 5,所以 a5. 答案 5 6.(2018 北京卷)若双曲线x 2 a2 y2 41(a0)的离心率为 5 2 ,则 a_. 解析 由题意可得,a 24 a2 5 2 2 ,即 a216,又 a0,所以 a4. 答案 4 考点一 双曲线的定义及应用 【例 1】 (1)已知 F1,F2为双曲线 C:x2y22 的左、右焦点,点 P 在 C 上,|PF1| 2|PF2|,则 cos
7、 F1PF2( ) A.1 4 B.3 5 C.3 4 D.4 5 (2)(2019 西安调研)已知圆 C1:(x3)2y21 和圆 C2:(x3)2y29,动圆 M 同时与圆 C1及圆 C2相外切,则动圆圆心 M 的轨迹方程为_. 解析 (1)由 x2y22,知 ab 2,c2.由双曲线定义知,|PF1|PF2|2a 2 2,又|PF1|2|PF2|, |PF1|4 2,|PF2|2 2, 在PF1F2中,|F1F2|2c4,由余弦定理,得 cos F1PF2|PF 1|2|PF2|2|F1F2|2 2|PF1| |PF2| 3 4. (2)如图所示,设动圆 M 与圆 C1及圆 C2分别外切
8、于 A 和 B. 根据两圆外切的条件, 得|MC1|AC1|MA|, |MC2|BC2|MB|, 因为|MA|MB|, 所以|MC1|AC1|MC2|BC2|, 即|MC2|MC1|BC2|AC1|2, 所以点 M 到两定点 C1,C2的距离的差是常数且小于|C1C2|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 C2的距离大, 与 C1的距离小), 其中 a1,c3,则 b28. 故点 M 的轨迹方程为 x2y 2 81(x1). 答案 (1)C (2)x2y 2 81(x1) 规律方法 1.利用双曲线的定义判定平面内动点的轨迹是否为双曲线,进而根据 要求可求出曲
9、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,建立与|PF1|,|PF2|的联系. 【训练 1】 (1)(2018 赣南五校联考)已知双曲线 C:x 2 a2 y2 b21(a0,b0)的离心率 为 2,左、右焦点分别为 F1,F2,点 A 在双曲线 C 上,若AF1F2的周长为 10a, 则AF1F2的面积为( ) A.2 15a2 B. 15a2 C.30a2 D.15a2 (2)(2019 长春质检)双曲线 C 的渐近线方程为 y 2 3 3 x, 一个焦点为 F(0, 7), 点 A( 2,0),点 P 为双曲线第一象限内
10、的点,则当点 P 的位置变化时,PAF 周 长的最小值为( ) A.8 B.10 C.43 7 D.33 17 解析 (1)由双曲线的对称性不妨设 A 在双曲线的右支上,由 ec a2,得 c2a, AF1F2的周长为|AF1|AF2|F1F2|AF1|AF2|4a,又AF1F2的周长为 10a,|AF1|AF2|6a,又|AF1|AF2|2a, |AF1|4a,|AF2|2a,在AF1F2中,|F1F2|4a, cos F1AF2|AF 1|2|AF2|2|F1F2|2 2|AF1| |AF2| (4a) 2(2a)2(4a)2 24a2a 1 4. 又 00)的一条渐近线方 程为 y 5
11、2 x,且与椭圆 x2 12 y2 31 有公共焦点,则 C 的方程为( ) A.x 2 8 y2 101 B.x 2 4 y2 51 C.x 2 5 y2 41 D.x 2 4 y2 31 (2)(2018 天津卷)已知双曲线x 2 a2 y2 b21(a0,b0)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 d1和 d2,且 d1d26,则双曲线的方程为( ) A.x 2 4 y2 121 B. x2 12 y2 41 C.x 2 3 y2 91 D.x 2 9 y2 31 解析 (1)由题设知b a 5 2
12、, 又由椭圆 x2 12 y2 31 与双曲线有公共焦点, 易知 a2b2c29, 由解得 a2,b 5,则双曲线 C 的方程为x 2 4 y2 51. (2)由 d1d26, 得双曲线的右焦点到渐近线的距离为 3, 所以 b3.因为双曲线x 2 a2 y 2 b21(a0,b0)的离心率为 2,所以 c a2,所以 a2b2 a2 4,所以a 29 a2 4,解 得 a23,所以双曲线的方程为x 2 3 y2 91. 答案 (1)B (2)C 规律方法 1.利用待定系数法求双曲线标准方程的关键是:设出双曲线方程的标 准形式,根据已知条件,列出关于参数 a,b,c 的方程并求出 a,b,c 的
13、值. 2.与双曲线x 2 a2 y2 b21 有相同渐近线时可设所求双曲线方程为 x2 a2 y2 b2(0). 【训练 2】 (1)(2018 海南二模)已知双曲线 C: x2 a2 y2 b21(a0, b0)过点( 2, 3), 且实轴的两个端点与虚轴的一个端点组成一个等边三角形,则双曲线 C 的标准方 程是( ) A.x 2 1 2 y21 B.x 2 9 y2 31 C.x2y 2 31 D.x 2 2 3 y 2 3 2 1 (2)已知双曲线的渐近线方程为 2x 3y0,且双曲线经过点 P( 6,2),则双曲线 的方程为_. 解析 (1)由双曲线 C:x 2 a2 y2 b21(a
14、0,b0)过点( 2, 3),且实轴的两个端点与 虚轴的一个端点组成一个等边三角形,可得 2 a2 3 b21, b a 3, 解得 a1, b 3, 双曲线 C 的标准方程是 x2y 2 31. (2)由双曲线的渐近线方程为 y 2 3x,可设双曲线方程为 x2 9 y2 4(0).因为双曲 线过点 P( 6,2),所以6 9 4 4, 1 3,故所求双曲线方程为 y2 4 3 x 2 31. 答案 (1)C (2)y 2 4 3 x 2 31 考点三 双曲线的性质 多维探究 角度 1 求双曲线的渐近线 【例31】 (一题多解)(2018 全国卷)双曲线x 2 a2 y2 b21(a0, b
15、0)的离心率为 3, 则其渐近线方程为( ) A.y 2x B.y 3x C.y 2 2 x D.y 3 2 x 解析 法一 由题意知, ec a 3, 所以 c 3a, 所以 b c 2a2 2a, 即b a 2,所以该双曲线的渐近线方程为 y b ax 2x. 法二 由 ec a 1 b a 2 3, 得b a 2, 所以该双曲线的渐近线方程为 y b a x 2x. 答案 A 角度 2 求双曲线的离心率 【例 32】 (1)(2018 全国卷)设 F1,F2是双曲线 C: x2 a2 y2 b21(a0,b0)的左、 右焦点, O是坐标原点.过F2作C 的一条渐近线的垂线, 垂足为P.若
16、|PF1| 6|OP|, 则 C 的离心率为( ) A. 5 B.2 C. 3 D. 2 (2)(2019 泰安联考)已知双曲线 C1:x 2 a2 y2 b21(a0,b0),圆 C2:x 2y22ax3 4 a20,若双曲线 C1的一条渐近线与圆 C2有两个不同的交点,则双曲线 C1的离 心率的取值范围是( ) A. 1,2 3 3 B. 2 3 3 , C.(1,2) D.(2,) 解析 (1)不妨设一条渐近线的方程为 yb ax, 则 F2 到 yb ax 的距离 d |bc| a2b2 b,在 RtF2PO 中,|F2O|c,所以|PO|a,所以|PF1| 6a,又|F1O|c,所以
17、 在F1PO 与 RtF2PO 中,根据余弦定理得 cosPOF1a 2c2( 6a)2 2ac cosPOF2a c,则 3a 2c2( 6a)20,得 3a2c2,所以 ec a 3. (2)由双曲线方程可得其渐近线方程为 y b ax,即 bx ay0,圆 C2:x 2y22ax 3 4a 20 可化为(xa)2y21 4a 2,圆心 C2 的坐标为(a,0),半径 r1 2a,由双曲 线 C1的一条渐近线与圆 C2有两个不同的交点, 得 |ab| a2b22b, 即 c 24b2, 又知 b2c2a2,所以 c24(c2a2),即 c20)的一条 渐近线与圆(x2)2(y1)21 相切
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