直线与双曲线位置关系
- 格式:doc
- 大小:310.00 KB
- 文档页数:16
直线与双曲线的位置关系一、直线与双曲线的位置关系的判断 (1)根据图像交点个数来判断 相交:相离: 相切:(特殊情况)相交于一个交点的情况,直线和__________平行时,直线和双曲线相交于一点. 2代数法:根据直线和双曲线方程的公共解个数来判断位置关系 设直)0(:≠+=m m kx y l ,双曲线)0,0(12222>>=-b a by ax联立2222(0)1y kx m m y x ab =+≠⎧⎪⎨-=⎪⎩消去y 得 02)(222222222=----ba m a mkx a x k a b(1)若0222=-k a b 即a b k ±=,直线与双曲线渐近线平行,直线与双曲线相交于一点; (2)若0222≠-k a b 即ab k ±≠,))((4)2(222222222b a m a k a b mk a -----=∆0>∆⇒直线与双曲线相交,有两个交点; 0=∆⇒直线与双曲线相切,有一个交点; 0<∆⇒直线与双曲线相离,无交点;直线与双曲线有一个公共点是直线与双曲线相切的 条件。
直线l 与双曲线相交于两点时,若相交于同侧(两个交点在一支上)的条件为0x x >⎧⎨>⎩;若相交于异侧(两个交点在不同支上)的条件为120x x >⎧⎨<⎩二、涉及直线与双曲线相交弦的问题: 设直线l :y =kx +n 和圆锥曲线:)0,0(12222>>=-b a by ax 相交于两点,它们的交点为),(),,(2211y x B y x A且由⎩⎨⎧+==nkx y y x F 0),(,消去y →ax 2+bx +c =0(a≠0),Δ=b 2 -4ac 。
则弦长公式为:则2122124)(1||x x x x kAB -++=例1.已知直线y=kx-1与双曲线x 2-y 2=4,试讨论实数k 的取值范围,使直线与双曲线(1)没有公共点; (2)有两个公共点;(3)只有一个公共点;(4)交于异支两点;(5)与左支交于两点.例2 过双曲线22136yx-=的右焦点作倾斜角为30°的直线,交双曲线于A 、B 两点,求|AB|.三.中点弦问题例3.以P (1,8)为中点作双曲线为y 2-4x 2=4的一条弦AB ,求直线AB 的方程。
直线与双曲线的位置关系及判定
直线与双曲线在平面上的位置关系有三种情况:相离、相切和相交。
1. 相离:直线与双曲线没有交点,它们分别在平面上任意位置,没有交集。
2. 相切:直线与双曲线有且仅有一个公共切点,此时直线的斜率等于双曲线在该点的切线斜率。
3. 相交:直线与双曲线有两个交点,此时直线穿过双曲线。
判定直线与双曲线的位置关系可以通过以下方法进行:
1. 将直线的方程和双曲线的方程联立,求解它们的交点,如果有解,就是相交或相切;如果没有解,就是相离。
2. 比较直线的斜率与双曲线在交点处的切线的斜率,如果相等,则相切。
3. 比较直线的斜率与双曲线的离心率(e)的关系。
如果直线
的斜率大于离心率,则相离;如果直线的斜率小于离心率,则相交;如果直线的斜率等于离心率,则相切。
注意:在进行判定时,需要先化简双曲线的方程,确定其标准形式,然后再进行计算。
直线与双曲线的位置关系学习目标:1.双曲线的几何性质:范围、对称性、顶点、离心率、渐近线 2.直线与双曲线的位置关系及判断方法:(1)位置关系有三种(2)判断方法:设直线方程为y=kx+m ,双曲线方程为22221x y a b-=,两方程联立得:Ax 2+Bx+C=0.若A =0,则直线与双曲线的渐近线 。
若A ≠0,其判断式∆=B 2-4AC 。
当∆>0时,直线与双曲线 ;当∆=0时,直线与双曲线 ;当∆<0时,直线与双曲线 。
基础自测1.已知双曲线22221x y a b-=若过右焦点F 且倾斜角为30°的直线与双曲线的右支有两个交点,则此双曲线离心率的取值范围是:A 。
(1,2) B 。
(1,3) C 。
[2,)+∞ D 。
(3,)+∞ 2.已知中心在原点的双曲线的一个焦点是F0),直线y=x-1与其相交于M ,N 两点,MN 中点的横坐标为23-,则此双曲线方程是: A .22134x y -= B 。
22143x y -= C 。
22152x y -= D 。
22125x y -= 3.已知双曲线2212y x -=的焦点为F 1,F 2,点M 在双曲线上,且120MF MF ⋅= ,则点M 到x 轴的距离为 A 。
43B 。
53 C。
3 D4.过P (3,4)与双曲线221916x y -=有且仅有一个公共点的直线的条数是 。
典例分析例1.已知双曲线22221x y 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: A 。
(1,2] B 。
(1,2) C 。
[2,)+∞ D 。
(2,)+∞变式:已知F 1,F 2为双曲线22221x y a b -=的焦点,过F 2作垂直于x 轴的直线交双曲线于点P ,且1230PF F ∠=︒,求双曲线的渐近线方程。
例2.过点P (1的直线与双曲线2213y x -=有且只有一个公共点,这样的直线共有 条。
课题:直线与双曲线的位置关系及中点弦问题1.直线与双曲线的位置关系的判断设直线)0(:≠+=m m kx y l ,双曲线)0,0(12222>>=-b a by a x 联立解得 02)(222222222=----b a m a mkx a x k a b若0222=-k a b 即ab k ±=,直线与双曲线渐近线平行,直线与双曲线相交于一点; 若0222≠-k a b 即ab k ±≠, ))((4)2(222222222b a m a k a b mk a -----=∆0>∆⇒直线与双曲线相交,有两个交点;0=∆⇒直线与双曲线相切,有一个交点;0<∆⇒直线与双曲线相离,无交点;直线与双曲线有一个公共点是直线与双曲线相切的必要不充分条件。
2.直线与圆锥曲线相交的弦长公式设直线l :y =kx +n ,圆锥曲线:F (x ,y )=0,它们的交点为P 1 (x 1,y 1),P 2 (x 2,y 2),且由⎩⎨⎧+==nkx y y x F 0),(,消去y →ax 2+bx +c =0(a≠0),Δ=b 2 -4ac 。
设),(),,(2211y x B y x A ,则弦长公式为:则2122124)(1||x x x x kAB -++= 若联立消去x 得y 的一元二次方程:)0(02≠=++a c by ay设),(),,(2211y x B y x A ,则2122124)(11||y y y y k AB -++= 焦点弦长:||PF e d=(点P 是圆锥曲线上的任意一点,F 是焦点,d 是P 到相应于焦点F 的准线的距离,e 是离心率)。
【例1】过点P 与双曲线221725x y -=有且只有一个公共点的直线有几条,分别求出它们的方程。
解析:若直线的斜率不存在时,则x =,满足条件;若直线的斜率存在时,设直线的方程为5(y k x -=-则5y kx =+-22(51725x kx +--=, ∴22257(5725x kx -+-=⨯,222(257)72(5(57250k x kx --⨯-+--⨯=,当k =时,方程无解,不满足条件;当7k =-时,21075⨯⨯=方程有一解,满足条件; 当2257k ≠时,令222[14(54(257)[(5165]0k k ∆=-----=,化简得:k 无解,所以不满足条件;所以满足条件的直线有两条x =10y x =+。
直线与双曲线的位置关系和抛物线及其标准方程知识点1:直线与双曲线的位置关系 1.直线与双曲线的位置关系的判断设直线y=kx+b ,双曲线x 2a 2-y 2b2=1 (a >0,b >0)联立消去y 得Ax 2+Bx+C=0(a≠0),Δ=B 2-4AC 。
若A=0即,直线与双曲线渐近线平行,直线与双曲线相交于一点; 若Δ>0,直线与双曲线相交,有两个交点; 若Δ=0,直线与双曲线相切,有一个交点; 若Δ<0,直线与双曲线相离,无交点;直线与双曲线有一个公共点是直线与双曲线相切的必要不充分条件。
2.弦长问题设直线l:y=kx+n ,圆锥曲线:F(x,y)=0,它们的交点为P1 (x 1,y 1),P2 (x 2,y 2), 且由,消去y→ax 2+bx+c=0(a≠0),Δ=b 2-4ac 。
k 为直线斜率) 例题选讲:例1:直线l :y =kx +1与双曲线C :2x 2-y 2=1的右支交于不同的两点A 、B .求实数k 的取值范围;解 (1)将直线l 的方程y=kx+1代入双曲线C 的方程2x 2-y 2=1后,整理得(k 2-2)x 2+2kx+2=0.①依题意,直线l 与双曲线C 的右支交于不同两点,故⎩⎪⎨⎪⎧k 2-2≠0,Δ=(2k )2-8(k 2-2)>0,-2k k 2-2>0,2k 2-2>0.解得k 的取值范围是-2<k <- 2.例2:(Ⅰ)求双曲线的方程;例3:已知椭圆C 1的方程为x 24+y 2=1,双曲线C 2的左、右焦点分别是C 1的左、右顶点,而C 2的左、右顶点分别是C 1的左、右焦点.(1)求双曲线C 2的方程;(2)若直线l :y =kx +2与双曲线C 2恒有两个不同的交点A 和B ,且OA →·OB →>2 (其中O 为原点),求k 的取值范围.解 (1)设双曲线C 2的方程为x 2a 2-y 2b2=1,则a 2=4-1=3,c 2=4,由a 2+b 2=c 2,得b 2=1, 故C 2的方程为x 23-y 2=1.(2)将y =kx +2代入x 23-y 2=1,得(1-3k 2)x 2-62kx -9=0.由直线l 与双曲线C 2交于不同的两点,得 ⎩⎨⎧1-3k 2≠0.Δ=(-62k )2+36(1-3k 2) =36(1-k 2)>0.∴k 2≠13且k 2<1.①设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则x 1+x 2=62k 1-3k 2,x 1x 2=-91-3k 2.∴x 1x 2+y 1y 2=x 1x 2+(kx 1+2)(kx 2+2) =(k 2+1)x 1x 2+2k (x 1+x 2)+2=3k 2+73k 2-1.又∵OA →·OB →>2,得x 1x 2+y 1y 2>2,∴3k 2+73k 2-1>2,即-3k 2+93k 2-1>0,解得13<k 2<3, ② 由①②得13<k 2<1. 故k 的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫-1,-33∪⎝ ⎛⎭⎪⎫33,1.例4:已知双曲线的中心在原点, (1)求双曲线方程;(2)若点()3,M m 在双曲线上,求证:120MF MF ⋅=; (3)对于(2)中的点M ,求21MF F ∆的面积.解:(1)由题意,可设双曲线方程为22x y λ-=,又双曲线过点()4,10-,解得6λ=∴ 双曲线方程为226x y -=; (2)由(1)可知,6a b ==,23c =, ∴ ()123,0F -,()223,0F∴ ()1233,MF m =---,()2233,MF m =--, ∴ 2123MF MF m ⋅=-,又点()3,M m 在双曲线上, ∴ 296m -=,∴ 23m =, 即120MF MF ⋅=;(3)121211433622S F MF F F m ==⋅⋅= ∴21MF F ∆的面积为6.知识点2:抛物线及其标准方程1.抛物线定义平面内与一个定点F 和一条定直线l (l 不经过点F )距离相等的点的轨迹叫做抛物线,点F 叫做抛物线的焦点,直线l 叫做抛物线的准线.2.抛物线的标准方程与几何性质标准方程y 2=2px (p >0) y 2=-2px (p >0)图形范围 x ≥0,y ∈Rx ≤0,y ∈R对称轴 x 轴顶点坐标 原点O (0,0)焦点坐标⎝ ⎛⎭⎪⎫p 2,0 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-p 2,0准线方程 x =-p 2x =p 2离心率e =1题型1:抛物线的定义灵活应用例1:(1)(2011·辽宁高考)已知F 是拋物线y 2=x 的焦点,A ,B 是该拋物线上的两点,|AF |+|BF |=3,则线段AB 的中点到y 轴的距离为( )A.34 B .1 C.54D.74(2)(2012·曲阜师大附中质检)在抛物线C :y =2x 2上有一点P ,若它到点A (1,3)的距离与它到抛物线C 的焦点的距离之和最小,则点P 的坐标是( )A .(-2,1)B .(1,2)C .(2,1)D .(-1,2)[自主解答] (1)如图,由抛物线的定义知,|AM |+|BN |=|AF |+|BF |=3,|CD |=32,所以中点C 的横坐标为32-14=54.(2)由题知点A 在抛物线内部,根据抛物线定义,问题等价于求抛物线上一点P ,使得该点到点A 与到抛物线的准线的距离之和最小,显然点P 是直线x =1与抛物线的交点,故所求P 点的坐标是(1,2).[答案] (1)C (2)B练习1:(2012·安徽高考)过抛物线y 2=4x 的焦点F 的直线交该抛物线于A ,B 两点.若|AF |=3,则|BF |=________.解析:由题意知,抛物线的焦点F 的坐标为(1,0),又∵|AF |=3,由抛物线定义知,点A 到准线x =-1的距离为3,∴点A 的横坐标为2.将x =2代入y 2=4x 得y 2=8,由图知,y =22, ∴A (2,22),∴直线AF 的方程为y =22(x -1).又⎩⎨⎧y =22x -1,y 2=4x ,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =12,y =-2,或⎩⎨⎧x =2,y =2 2.由图知,点B 的坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫12,-2,∴|BF |=12-(-1)=32.答案:32题型2:抛物线的标准方程及几何性质例2:(1)(2012·山东高考)已知双曲线C 1:x 2a 2-y 2b2=1(a >0,b >0)的离心率为2.若抛物线C 2:x 2=2py (p >0)的焦点到双曲线C 1的渐近线的距离为2,则抛物线C 2的方程为( )A .x 2=833yB .x 2=1633yC .x 2=8yD .x 2=16y(2)(2012·四川高考)已知抛物线关于x 轴对称,它的顶点在坐标原点O ,并且经过点M (2,y 0).若点M 到该抛物线焦点的距离为3,则|OM |=( )A .2 2B .23C .4D .25[自主解答] (1)∵双曲线C 1:x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的离心率为2,∴c a =a 2+b 2a=2,∴b =3a ,∴双曲线的渐近线方程为3x ±y =0,∴抛物线C 2:x 2=2py (p >0)的焦点⎝ ⎛⎭⎪⎫0,p 2到双曲线的渐近线的距离为⎪⎪⎪⎪⎪⎪3×0±p 22=2,∴p =8.∴所求的抛物线方程为x 2=16y .(2)依题意,设抛物线方程是y 2=2px (p >0),则有2+p2=3,得p =2,故抛物线方程是y 2=4x ,点M 的坐标是(2,±22),|OM |=22+8=2 3.[答案] (1)D (2)B练习2:若抛物线的顶点在原点,开口向上,F 为焦点,M 为准线与y 轴的交点,A 为抛物线上一点,[解析] A4题型3:直线与抛物线的位置关系1.设抛物线方程为y 2=2px (p >0),直线Ax +By +C =0,将直线方程与抛物线方程联立,消去x 得到关于y 的方程my 2+ny +q =0.(1)若m ≠0,当Δ>0时,直线与抛物线有两个公共点; 当Δ=0时,直线与抛物线只有一个公共点; 当Δ<0时,直线与抛物线没有公共点.(2)若m =0,直线与抛物线只有一个公共点,此时直线与抛物线的对称轴平行. 2.与焦点弦有关的常用结论.(以右图为依据) (1)y 1y 2=-p 2,x 1x 2=p 24.(2)|AB |=x 1+x 2+p =2psin 2θ(θ为AB 的倾斜角).(3)S △AOB =p 22sin θ(θ为AB 的倾斜角).(4)1|AF |+1|BF |为定值2p. (5)以AB 为直径的圆与准线相切. (6)以AF 或BF 为直径的圆与y 轴相切. (7)∠CFD =90°.例3: (2012·福建高考)如图,等边三角形OAB 的边长为83,且其三个顶点均在抛物线E :x 2=2py (p >0)上.(1)求抛物线E 的方程;(2)设动直线l 与抛物线E 相切于点P ,与直线y =-1相交于点Q .证明以PQ 为直径的圆恒过y 轴上某定点.[自主解答] (1)依题意,|OB |=83,∠BOy =30°.设B (x ,y ),则x =|OB |sin 30°=43,y =|OB |cos 30°=12. 因为点B (43,12)在x 2=2py 上,所以(43)2=2p ×12,解得p =2. 故抛物线E 的方程为x 2=4y . (2)证明:由(1)知y =14x 2,y ′=12x .设P (x 0,y 0),则x 0≠0,y 0=14x 20,且l 的方程为y -y 0=12x 0(x -x 0),即y =12x 0x -14x 20.由⎩⎪⎨⎪⎧y =12x 0x -14x 20,y =-1,得⎩⎪⎨⎪⎧x =x 20-42x 0,y =-1.所以Q 为⎝ ⎛⎭⎪⎫x 20-42x 0,-1.设M (0,y 1),令MP ·MQ =0对满足y 0=14x 20(x 0≠0)的x 0,y 0恒成立.由于MP =(x 0,y 0-y 1),MQ =⎝ ⎛⎭⎪⎫x 20-42x 0,-1-y 1,0,得x 20-42-y 0-y 0y 1+y 1+y 21=0,即(y 21+y 1-2)+(1-y 1)y 0=0.(*)由于(*)式对满足y 0=14x 20(x 0≠0)的y 0恒成立,所以⎩⎪⎨⎪⎧1-y 1=0,y 21+y 1-2=0,解得y 1=1.故以PQ 为直径的圆恒过y 轴上的定点M (0,1).练习3:(2012·泉州模拟)如图,点O 为坐标原点,直线l 经过抛物线C :y 2=4x 的焦点F .(1)若点O 到直线l 的距离为12,求直线l 的方程;(2)设点A 是直线l 与抛物线C 在第一象限的交点.点B 是以点F 为圆心,|FA |为半径的圆与x 轴的交点,试判断AB 与抛物线C 的位置关系,并给出证明.解:(1)抛物线的焦点F (1,0),当直线l 的斜率不存在时,即x =1不符合题意.当直线l 的斜率存在时,设直线l 的方程为:y =k (x -1),即kx -y -k =0. 所以,|-k |1+k2=12,解得k =±33. 故直线l 的方程为:y =±33(x -1),即x ±3y -1=0. (2)直线AB 与抛物线相切,证明如下: 设A (x 0,y 0),则y 20=4x 0.因为|BF |=|AF |=x 0+1,所以B (-x 0,0). 所以直线AB 的方程为:y =y 02x 0(x +x 0), 整理得:x =2x 0yy 0-x 0①把方程①代入y 2=4x 得:y 0y 2-8x 0y +4x 0y 0=0,Δ=64x 20-16x 0y 20=64x 20-64x 20=0,所以直线AB 与抛物线相切.基础练习:1.(2012·济南模拟)抛物线的焦点为椭圆x 24+y 29=1的下焦点,顶点在椭圆中心,则抛物线方程为( )A .x 2=-45yB .y 2=-45xC.x2=-413y D.y2=-413x解析:选A 由椭圆方程知,a2=9,b2=4,焦点在y轴上,下焦点坐标为(0,-c),其中c =a 2-b 2= 5.∴抛物线焦点坐标为(0,-5),∴抛物线方程为x 2=-45y .2.(2012·东北三校联考)若抛物线y 2=2px (p >0)上一点P 到焦点和抛物线的对称轴的距离分别为10和6,则p 的值为( )A .2B .18C .2或18D .4或16解析:选C 设P (x 0,y 0),则⎩⎪⎨⎪⎧x 0+p2=10,|y 0|=6,y 2=2px 0,∴36=2p ⎝⎛⎭⎪⎫10-p 2,即p 2-20p +36=0,解得p =2或18.3.(2013·大同模拟)已知抛物线y 2=2px (p >0)的准线与曲线x 2+y 2-6x -7=0相切,则p 的值为( )A .2B .1 C.12D.14解析:选A 注意到抛物线y 2=2px 的准线方程是x =-p2,曲线x 2+y 2-6x -7=0,即(x -3)2+y 2=16是圆心为(3,0),半径为4的圆.于是依题意有⎪⎪⎪⎪⎪⎪p2+3=4.又p >0,因此有p2+3=4,解得p =2. 4.(2012·郑州模拟)已知过抛物线y 2=6x 焦点的弦长为12,则此弦所在直线的倾斜角是( )A.π6或5π6B.π4或3π4C.π3或2π3D.π2解析:选B 由焦点弦长公式|AB |=2p sin 2θ得6sin 2θ=12,所以sin θ=22,所以θ=π4或3π4. 5.(2012·唐山模拟)抛物线y 2=2px 的焦点为F ,点A 、B 、C 在此抛物线上,点A 坐标为(1,2).若点F 恰为△ABC 的重心,则直线BC 的方程为( )A .x +y =0B .x -y =0C .2x +y -1=0D .2x -y -1=0解析:选C ∵点A 在抛物线上,∴4=2p ,p =2,抛物线方程为y 2=4x ,焦点F (1,0) 设点B (x 1,y 1),点C (x 2,y 2),则有y 21=4x 1,①y22=4x2,②由①-②得(y1-y2)(y1+y2)=4(x1-x2)得k BC =y 1-y 2x 1-x 2=4y 1+y 2. 又∵y 1+y 2+23=0,∴y 1+y 2=-2,∴k BC =-2. 又∵x 1+x 2+13=1,∴x 1+x 2=2,∴BC 中点为(1,-1),则BC 所在直线方程为y +1=-2(x -1),即2x +y -1=0.6.(2013·湖北模拟)已知直线y =k (x -m )与抛物线y 2=2px (p >0)交于A 、B 两点,且OA ⊥OB ,OD ⊥AB 于D .若动点D 的坐标满足方程x 2+y 2-4x =0,则m =( )A .1B .2C .3D .4解析:选D 设点D (a ,b ),则由OD ⊥AB 于D ,得⎩⎪⎨⎪⎧b a =-1k ,b =k a -m ,则b =-km1+k2,a =-bk ;又动点D 的坐标满足方程x 2+y 2-4x =0,即a 2+b 2-4a =0,将a =-bk 代入上式,得b 2k 2+b 2+4bk =0,即bk 2+b +4k =0,-k 3m 1+k 2-km 1+k2+4k =0,又k ≠0,则(1+k 2)(4-m )=0,因此m =4.7.(2012·安徽模拟)已知椭圆C 1:x 24+y 2b 2=1(0<b <2)的离心率为32,抛物线C 2:x2=2py (p >0)的焦点是椭圆的顶点.(1)求抛物线C 2的方程;(2)过点M (-1,0)的直线l 与抛物线C 2交于E ,F 两点,过E ,F 作抛物线C 2的切线l 1,l 2,当l 1⊥l 2时,求直线l 的方程.解:(1)∵椭圆C 1的长半轴长a =2,半焦距c =4-b 2.由e =c a =4-b 22=32得b 2=1,∴椭圆C 1的上顶点为(0,1),即抛物线C 2的焦点为(0,1), 故抛物线C 2的方程为x 2=4y .(2)由已知可得直线l 的斜率必存在,设直线l 的方程为y =k (x +1),E (x 1,y 1),F (x 2,y 2).由x 2=4y 得y =14x 2,∴y ′=12x .∴切线l 1,l 2的斜率分别为12x 1,12x 2.当l 1⊥l 2时,12x 1·12x 2=-1,即x 1x 2=-4.由⎩⎪⎨⎪⎧y =k x +1x 2=4y 得x 2-4kx -4k =0,∴Δ=(4k )2-4×(-4k )>0,解得k <-1或k >0.①且x 1x 2=-4k =-4,即k =1,满足①式,∴直线l 的方程为x -y +1=0.如有侵权请联系告知删除,感谢你们的配合!。