高中数学第二章2.2.1双曲线及其标准方程学案新人教B版

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2.2.1 双曲线及其标准方程1.了解双曲线的定义、几何图形和标准方程的推导过程.2.掌握双曲线的标准方程.(重点))3.会利用双曲线的定义和标准方程解决简单的应用问题.(难点[基础·初探]教材整理1 双曲线的定义阅读教材P45~P46思考与讨论,完成下列问题.双曲线的定义把平面内与两个定点F1,F2的距离的差的绝对值等于常数(小于|F1F2|)的点的轨迹叫做双曲线.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.判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)平面内到两定点的距离的差等于常数(小于两定点间距离)的点的轨迹是双曲线.( )(2)点A(1,0),B(-1,0),若|AC|-|BC|=2,则点C的轨迹是双曲线.( )(3)到两定点F1(-3,0)、F2(3,0)的距离之差的绝对值等于6的点M的轨迹是两条射线.( )【答案】(1)×(2)×(3)√教材整理2 双曲线的标准方程阅读教材P46思考与讨论下面第一行~P47例1以上部分,完成下列问题.双曲线的标准方程判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)在双曲线标准方程x 2a 2-y 2b2=1中,a >0,b >0且a ≠b .( )(2)双曲线标准方程中,a ,b 的大小关系是a >b .( ) (3)双曲线x 2-y 23=1的焦点在y 轴上.( )【答案】 (1)× (2)× (3)×[质疑·手记]预习完成后,请将你的疑问记录,并与“小伙伴们”探讨交流: 疑问1:_____________________________________________________ 解惑:______________________________________________________ 疑问2:_____________________________________________________ 解惑:______________________________________________________ 疑问3:_____________________________________________________ 解惑:_______________________________________________________[小组合作型](1)双曲线16-9=1上一点A 到点(5,0)的距离为15,则点A 到点(-5,0)的距离为( )A .7B .23C .7或23D .5或25(2)如图2­2­1,双曲线x 2a 2-y 2b2=1(a >0,b >0)的焦点为F 1,F 2,过点F 1作直线交双曲线的左支于点A ,B ,且|AB |=m ,则△ABF 2的周长为________.图2­2­1【自主解答】 (1)易知双曲线的焦点坐标分别为F 1(-5,0),F 2(5,0), ||AF 1|-|AF 2||=8,所以|AF 1|=7或23.(2)因为⎩⎪⎨⎪⎧|AF 2|-|AF 1|=2a ,|BF 2|-|BF 1|=2a ,所以|AF 2|+|BF 2|-(|AF 1|+|BF 1|)=4a . 又因为|AF 1|+|BF 1|=|AB |=m , 所以|AF 2|+|BF 2|=4a +m .所以△ABF 2的周长为|AF 2|+|BF 2|+|AB |=4a +2m . 【答案】 (1)C (2)4a +2m双曲线的定义是用双曲线上任意一点到两焦点的距离来描述的.定义中||PF 1|-|PF 2||=2a <|F 1F 2|,包含|PF 1|-|PF 2|=2a 和|PF 1|-|PF 2|=-2a ,即要看到点离定点的距离的“远”与“近”.涉及双曲线上点到焦点的距离问题,或符合双曲线定义的轨迹问题可用双曲线的定义求解.[再练一题]1.已知圆M 1:(x +4)2+y 2=25,圆M 2:x 2+(y -3)2=1,一动圆P 与这两个圆都外切,试求动圆圆心P 的轨迹. 【导学号:25650061】【解】 设动圆的半径是R ,则由题意知⎩⎪⎨⎪⎧|PM 1|=R +5,|PM 2|=R +1,两式相减得|PM 1|-|PM 2|=4<|M 1M 2|=5,所以动圆圆心P 的轨迹是以点M 1(-4,0)、M 2(0,3)为焦点的双曲线中靠近焦点M 2(0,3)的一支.(1)经过点P ⎝ ⎛⎭⎪⎫3,154,Q ⎝ ⎛⎭⎪⎫-163,5;(2)c =6,经过点(-5,2),焦点在x 轴上; (3)a =4,c =5.【精彩点拨】 本题主要考查用待定系数法求双曲线的标准方程,求解时注意先定位再定量.【自主解答】 (1)法一:若焦点在x 轴上,设双曲线的方程为x 2a 2-y 2b2=1(a >0,b >0),由于点P ⎝ ⎛⎭⎪⎫3,154和Q ⎝ ⎛⎭⎪⎫-163,5在双曲线上,所以⎩⎪⎨⎪⎧9a 2-22516b 2=1,2569a 2-25b 2=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 2=-16,b 2=-9(舍去).若焦点在y 轴上,设双曲线的方程为y 2a 2-x 2b2=1(a >0,b >0),将P ,Q 两点坐标代入可得 ⎩⎪⎨⎪⎧22516a 2-9b 2=1,25a 2-2569b 2=1,解之得⎩⎪⎨⎪⎧a 2=9,b 2=16,所以双曲线的标准方程为y 29-x 216=1.法二:设双曲线方程为x 2m +y 2n=1(mn <0).∵P ,Q 两点在双曲线上, ∴⎩⎪⎨⎪⎧9m +22516n =1,2569m +25n =1,解得⎩⎪⎨⎪⎧m =-16,n =9.∴所求双曲线的标准方程为y 29-x 216=1.(2)法一:依题意可设双曲线方程为x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0).依题设有⎩⎪⎨⎪⎧a 2+b 2=6,25a 2-4b2=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 2=5,b 2=1,∴所求双曲线的标准方程为x 25-y 2=1. 法二:∵焦点在x 轴上,c =6,∴设所求双曲线方程为x 2λ-y 26-λ=1(其中0<λ<6).∵双曲线经过点(-5,2),∴25λ-46-λ=1,∴λ=5或λ=30(舍去). ∴所求双曲线的标准方程是x 25-y 2=1.(3)∵a =4,c =5, ∴b 2=c 2-a 2=25-16=9, ∴所求双曲线的标准方程为x 216-y 29=1或y 216-x 29=1.1.求双曲线标准方程的步骤(1)确定双曲线的类型并设出标准方程; (2)求出a 2,b 2的值.2.当双曲线的焦点所在坐标轴不确定时,需分焦点在x 轴上和y 轴上两种情况讨论,特别地,当已知双曲线经过两个点时,可设双曲线方程为Ax 2+By 2=1(AB <0)来求解.[再练一题]2.求适合下列条件的双曲线的标准方程: (1)a =25,经过点A (2,-5),焦点在y 轴上; (2)与椭圆x 227+y 236=1有共同的焦点,它们的一个交点的纵坐标为4; 【导学号:25650062】(3)求经过点(3,0),(-6,-3)的双曲线的标准方程.【解】 (1)因为双曲线的焦点在y 轴上,所以可设双曲线的标准方程为y 2a 2-x 2b 2=1(a >0,b >0).由题设知,a =25,且点A (2,-5)在双曲线上,所以⎩⎪⎨⎪⎧a =25,25a 2-4b2=1,解得a 2=20,b 2=16.故所求双曲线的标准方程为y 220-x 216=1.(2)椭圆x 227+y 236=1的两个焦点为F 1(0,-3),F 2(0,3),双曲线与椭圆的一个交点为(15,4)或(-15,4).设双曲线的标准方程为y 2a 2-x 2b2=1(a >0,b >0),则⎩⎪⎨⎪⎧42a2-152b 2=1,a 2+b 2=32,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 2=4,b 2=5.故所求双曲线的标准方程为y 24-x 25=1. (3)设双曲线的方程为mx 2+ny 2=1(mn <0), ∵双曲线经过点(3,0),(-6,-3),∴⎩⎪⎨⎪⎧9m +0=1,36m +9n =1,解得⎩⎪⎨⎪⎧m =19,n =-13.故所求双曲线的标准方程为x 29-y 23=1.[探究共研型]【提示】 双曲线的定义,正余弦定理,勾股定理等.若F 1,F 2是双曲线x 29-y 216=1的两个焦点,P 是双曲线上的点,且|PF 1|·|PF 2|=32,试求△F 1PF 2的面积.【精彩点拨】 双曲线方程――→双曲线的定义|PF 1|-|PF 2|=±2a ――→平方|PF 1|2+|PF 2|2的值――→余弦定理∠F 1PF 2=90°――→面积公式S △F 1PF 2 【自主解答】 由双曲线方程x 29-y 216=1,可知a =3,b =4,c =a 2+b 2=5.由双曲线的定义,得|PF 1|-|PF 2|=±2a =±6,将此式两边平方,得|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|=36,∴|PF 1|2+|PF 2|2=36+2|PF 1|·|PF 2| =36+2×32=100.如图所示,在△F 1PF 2中,由余弦定理,得cos ∠F 1PF 2=|PF 1|2+|PF 2|2-|F 1F 2|22|PF 1|·|PF 2|=100-1002|PF 1|·|PF 2|=0,∴∠F 1PF 2=90°,∴S △F 1PF 2=12|PF 1|·|PF 2|=12×32=16.1.本题在解题过程中运用了方程的思想,在解方程时,又运用了整体代换的思想. 2.在解焦点三角形的有关问题时,一般利用两个关系式: (1)利用双曲线的定义可得|PF 1|·|PF 2|的关系式.(2)利用正余弦定理可得|PF 1|,|PF 2|的关系式,然后可以求解出|PF 1|,|PF 2|.但是,一般我们不直接求出|PF 1|,|PF 2|,而是根据需要,把|PF 1|+|PF 2|,|PF 1|-|PF 2|,|PF 1|·|PF 2|等看成一个整体来处理.[再练一题]3.设双曲线x 24-y 29=1,F 1、F 2是其两个焦点,点M 在双曲线上. (1)若∠F 1MF 2=90°,求△F 1MF 2的面积;(2)若∠F 1MF 2=60°,求△F 1MF 2的面积.【解】 (1)由双曲线方程知a =2,b =3,c =13, 设|MF 1|=r 1,|MF 2|=r 2(r 1>r 2). 由双曲线定义得r 1-r 2=2a =4, 两边平方得r 21+r 22-2r 1r 2=16, 即|F 1F 2|2-4S △F 1MF 2=16, 即4S △F 1MF 2=52-16, ∴S △F 1MF 2=9.(2)若∠F 1MF 2=60°,在△MF 1F 2中,由余弦定理得 |F 1F 2|2=r 21+r 22-2r 1r 2cos 60°,∴r 1r 2=36,则S △F 1MF 2=12r 1r 2sin 60°=9 3.[构建·体系]1.双曲线x 216-y 29=1的焦点坐标为( )A .(-7,0),(7,0)B .(0,-7),(0,7)C .(-5,0),(5,0)D .(0,-5),(0,5)【解析】 由双曲线的标准方程,知a =4,b =3,所以c =5.又由于焦点在x 轴上,故选C.【答案】 C2.已知方程x 21+k -y 21-k =1表示双曲线,则k 的取值范围是( ) 【导学号:25650063】A .-1<k <1B .k >0C .k ≥0D .k >1或k <-1【解析】 方程x 21+k -y 21-k =1表示双曲线,则(1+k )(1-k )>0, ∴(k +1)(k -1)<0, ∴-1<k <1. 故选A. 【答案】 A3.设m 是常数,若点F (0,5)是双曲线y 2m -x 29=1的一个焦点,则m =________.【解析】 由点F (0,5)可知该双曲线y 2m -x 29=1的焦点落在y 轴上,所以m >0,且m +9=52,解得m =16.【答案】 164.若点P 到点(0,-3)与到点(0,3)的距离之差为2,则点P 的轨迹方程为________. 【解析】 由题意并结合双曲线的定义,可知点P 的轨迹方程为双曲线的上支,且c =3,2a =2,则a =1,b 2=9-1=8,所以点P 的轨迹方程为y 2-x 28=1(y ≥1).【答案】 y 2-x 28=1(y ≥1)5.求以椭圆x 225+y 29=1的长轴端点为焦点,且经过点P ⎝ ⎛⎭⎪⎫5,94的双曲线的标准方程.【解】 因为椭圆x 225+y 29=1的长轴端点为A 1(-5,0),A 2(5,0),所以所求双曲线的焦点为F 1(-5,0),F 2(5,0). 由双曲线的定义知,||PF 1|-|PF 2|| =⎪⎪⎪⎪⎪⎪+2+⎝ ⎛⎭⎪⎫94-02--2+⎝ ⎛⎭⎪⎫94-02 =8,即2a =8,则a =4.又c =5, 所以b 2=c 2-a 2=9, 故所求双曲线的标准方程为x 216-y 29=1.。