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巧解双曲线的离心率

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巧解双曲线的离心率

离心率是双曲线的重要性质,也是高考的热点。经常考查:求离心率的值,求离心率的取值范围,或由离心率求参数的值等。下面就介绍一下常见题型和巧解方法。

1、求离心率的值

(1)利用离心率公式a

c e =,先求出c a ,,再求出e 值。 (2)利用双曲线离心率公式的变形: 2)(1a b a c e +==,先整体求出a

b ,再求出e 值。 例1 已知双曲线)0,0(12222>>=-b a b y a x 的一条渐近线方程为x y 3

4=,则双曲线的离心率为__________.

分析:双曲线)0,0(12222>>=-b a b y a x 的渐近线方程为x a b y ±=,由已知可得3

4=a b 解答:由已知可得3

4=a b ,再由2)(1a b a c e +==,可得35=e . (3)构造关于c a ,的齐次式,再转化成关于e 的一元二次方程,最后求出e 值,即“齐次化e ”。例如:010222=-+?=-+e e a ac c

例2 设双曲线的一个焦点为F ,虚轴的一个端点为B ,如果直线FB 与该双曲线的一条渐近线垂直,那么此双曲线的离心率为____________.

分析:利用两条直线垂直建立等式,然后求解。 解答:因为两条直线垂直,011)(2222=--?-=?=?-=-?e e a c c a b c

b a b 所以2

15+=e (负舍) 2、求离心率的取值范围

求离心率的取值范围关键是建立不等关系。

(1)直接根据题意建立c b a ,,的不等关系求解e 的取值范围。

例3 若双曲线22

221x y a b

-=(0>>b a ),则双曲线离心率的取值范围是_________. 分析:注意到0>>b a 的条件 解答:),(21)(10102∈+=?>>?>>a

b e a b b a

(2)利用平面几何性质建立c a ,不等关系求解e 的取值范围。

例4 双曲线)0,0(122

22>>=-b a b

y a x 的两个焦点为21,F F ,若P 为其上非顶点的一点,且212PF PF =,则双曲线离心率的取值范围为__________.

分析:由双曲线上非顶点的点和两个焦点构成三角形,利用三角形性质构建不等式。 解答:因为?????=-=a

PF PF PF PF 222121a PF a PF 2,421==?,而c F F 221=,又因为三角形两边之和大于第三边,两边之差小于第三边,a c a 622<<,所以31<

(3)利用圆锥曲线相关性质建立c a ,不等关系求解e 的取值范围。

例5 已知双曲线22

221,(0,0)x y a b a b

-=>>的左,右焦点分别为12,F F ,点P 在双曲线的右支上,且12||4||PF PF =,则此双曲线离心率e 的取值范围是__________. 分析:此题和上题类似,但也可以换一种办法找不等关系。 解答:由?????=-=a

PF PF PF PF 242121可得322a PF =,又因为点P 在双曲线的右支上,a c PF -≥2,即3532≤=?-≥a c e a c a ,所以3

51≤

例6 双曲线22

221(0,0)x y a b a b

-=>>的右焦点为F ,若过点F 且倾斜角为60?的直线与双曲线的右支有且只有一个交点,则此双曲线离心率的取值范围是______ 分析:由直线和双曲线的位置关系得到不等关系 解答:由图象可知渐近线斜率360tan =≥ a

b ,再由2)(12≥+==a b a

c e 。 (5)运用函数思想求解e 的取值范围。

例7 设1>a ,则双曲线22

22

1(1)x y a a -=+的离心率e 的取值范围是________. 分析:把离心率e 表示成关于a 的函数,然后求函数的值域

解答:把e 或2e 表示成关于a 的函数,212)1(1222222

++=++=a a a a a e ,然后用

求函数值域的方法求解,)5,2(∈e 。 小结:通过以上例题,同学们应该体会到求离心率e 的值或取值范围有很多种办法,求值不一定非要先求出c a ,的值,能够得到c b a ,,中某两者的关系即可;求取值范围关键就是找到不等关系建立不等式,不等关系可以来自已知条件、可以来自图形特点、也可以来自双曲线本身的性质。总之,要认真审题、分析条件,巧解离心率。 练习: (1)设直线l 过双曲线C 的一个焦点,且与C 的一条对称轴垂直,l 与C 交于A ,B 两点,|AB |为C 的实轴长的2倍,则C 的离心率为( ).

A. 2

B. 3 C .2 D .3

解:设双曲线C 的方程为x 2a 2-y 2b 2=1,焦点F (-c,0),将x =-c 代入x 2a 2-y 2

b 2=1

可得y 2

=b 4a 2,所以|AB |=2×b 2a =2×2a ,∴b 2=2a 2,3)(12=+==a b a c e 答案:B

(2)已知双曲线C :x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的离心率为52,则C 的渐近线方程为

( ).

A .y =±14x

B .y =±13x

C .y =±12x

D .y =±

x 解:由题意可知,双曲线的渐近线方程为y =±b a x ,又离心率为e =c a =

1+? ??

??b a 2=52,所以b a =12,所以双曲线的渐近线方程为y =±12x .

答案:C

(3)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,渐近线分别为l 1,l 2,点P 在第一象限内且在l 1上,若l 2⊥PF 1,l 2∥PF 2,则双曲线的离心率是( ).

A. 5 B .2 C. 3 D. 2

解:如图1,由l 2⊥PF 1,l 2∥PF 2,可得PF 1⊥PF 2,则|OP |=12|F 1F 2|=c ,

设点P 的坐标为? ????m ,b a m ,则 m 2+? ????b a m 2=c a m =c ,

图3 形,则该双曲线的离心率e 的取值范围为________.

解:由题意知,△ABE 为等腰三角形.若△ABE 是锐角三角形,则只需要∠AEB

为锐角.根据对称性,只要∠AEF <π4即可.直线AB 的方程为x =-c ,代入双曲

线方程得y 2

=b 4a 2,取点A ? ????-c ,b 2a ,则|AF |=b 2a ,|EF |=a +c ,只要|AF |<|EF |就能使∠AEF <π4,即b 2a 1, 故1

答案:(1,2)

(8)如图3,F 1,F 2分别是双曲线C :x 2a 2-y 2

b 2=1(a >0,b >0)的左,右焦点,B 是虚轴的端点,直线F 1B 与C 的两条渐近线分别交于P ,Q 两点,线段PQ 的垂直平分线与x 轴交于点M .若|MF 2|=|F 1F 2|,求C 的离心率.

解:依题意,知直线F 1B 的方程为y =b c x +b ,

联立方程????? y =b c x +b ,

x a -y b =0,

得点Q ? ????ac c -a ,bc c -a , 联立方程?????

y =b c x +b ,

x a +y b =0,得点P ? ????-ac c +a ,bc c +a , 所以PQ 的中点坐标为? ????a 2c b 2,c 2b . 所以PQ 的垂直平分线方程为y -c 2b =-c b ? ????x -a 2c b 2. 令y =0,得x =c ? ????1+a 2b 2,所以c ? ????1+a 2b 2=3c . 所以a 2=2b 2=2c 2-2a 2,即3a 2=2c 2

. 所以e =62. 答案:62

图4

(9)双曲线x 2a 2-y 2

b 2=1(a >0,b >0)的右焦点为F (c,0).以原点O 为圆心,

c 为半径作圆,该圆与双曲线在第一象限的交点为A ,过A 作圆的切线,斜率为-3,求双曲线的离心率.

解:设点A 的坐标为(x 0,y 0),∴直线AO 的斜率满足y 0x 0

·(-3)=-1, ∴x 0=3y 0,①

依题意,圆的方程为x 2+y 2=c 2,

将①代入圆的方程,得3y 20+y 20=c 2,即y 0=12

c , ∴x 0=32c ,∴点A 的坐标为? ????32

c ,c 2,代入双曲线方程,得34c 2a 2-14c 2b 2=1, 即34b 2c 2-14a 2c 2=a 2b 2,②

又∵a 2+b 2=c 2,∴将b 2=c 2-a 2代入②式,整理得34c 4-2a 2c 2+a 4=0, ∴3? ????c a 4-8? ??

??c a 2+4=0,∴(3e 2-2)(e 2-2)=0, ∵e >1,∴e = 2. ∴双曲线的离心率为 2.

答案: 2

(10)如图4,双曲线x 2a 2-y 2

b 2=1(a >0,b >0)的两顶点为A 1,A 2,虚轴两端点为B 1,B 2,两焦点为F 1,F 2.若以A 1A 2为直径的圆内切于菱形F 1B 1F 2B 2,切点分别为A ,B ,C ,D .求①双曲线的离心率e ;②菱形F 1B 1F 2B 2的面积S 1与矩形ABCD

的面积S 2的比值S 1S 2

. 解:①由题意可得a =

b 2+

c 2=bc ,∴a 4-3a 2c 2+c 4=0,∴e 4-3e 2+1=0,∴e 2=3+52,∴e =1+52.

②设sin θ=b

b 2+

c 2,cos θ=c b 2+c 2,

S 1S 2=2bc 4a 2sin θcos θ=2bc 4a 2bc b 2+c 2=b 2+c 22a 2=e 2-12=2+52. 答案:①1+52 ;②2+52

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