2.3.1 双曲线的标准方程[学习目标] 1.掌握双曲线的定义.2.掌握用定义法和待定系数法求双曲线的标准方程.3.理解双曲线标准方程的推导过程,并能运用标准方程解决相关问题.知识点一 双曲线的定义平面内与两个定点F 1,F 2的距离的差的绝对值等于常数(小于F 1F 2的正数)的点的轨迹叫做双曲线.两个定点F 1,F 2叫做双曲线的焦点,两焦点间的距离叫做双曲线的焦距.知识点二 双曲线的标准方程[121212其他条件不变,点的轨迹是什么?(2)确定双曲线的标准方程需要知道哪些量?答案 (1)当距离之差等于F 1F 2时,动点的轨迹就是两条射线,端点分别是F 1、F 2,当距离之差大于F 1F 2时,动点的轨迹不存在. (2)a ,b 的值及焦点所在的位置.题型一 求双曲线的标准方程例1 根据下列条件,求双曲线的标准方程. (1)经过点P (3,154),Q (-163,5);(2)c =6,经过点(-5,2),焦点在x 轴上. 解 (1)方法一 若焦点在x 轴上, 设双曲线的方程为x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0),由于点P (3,154)和Q (-163,5)在双曲线上,∴⎩⎨⎧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 2b 2=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,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 2=9,b 2=16,∴双曲线的标准方程为y 29-x 216=1.综上,双曲线的标准方程为y 29-x 216=1.方法二 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)方法一 依题意可设双曲线方程为x 2a 2-y 2b2=1(a >0,b >0).则有⎩⎪⎨⎪⎧a 2+b 2=6,25a 2-4b 2=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.方法二 ∵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.反思与感悟 求双曲线的标准方程与求椭圆的标准方程的方法相似,可以先根据其焦点位置设出标准方程,然后用待定系数法求出a ,b 的值.若焦点位置不确定,可按焦点在x 轴和y 轴上两种情况讨论求解,此方法思路清晰,但过程复杂,注意到双曲线过两定点,可设其方程为mx 2+ny 2=1(mn <0),通过解方程组即可确定m 、n ,避免了讨论,从而简化求解过程. 跟踪训练1 求适合下列条件的双曲线的标准方程:(1)两个焦点的坐标分别是(-5,0),(5,0),双曲线上的点与两焦点的距离之差的绝对值等于8; (2)焦点在x 轴上,经过点P (4,-2)和点Q (26,22). 解 (1)由双曲线的定义知,2a =8,所以a =4, 又知焦点在x 轴上,且c =5, 所以b 2=c 2-a 2=25-16=9, 所以双曲线的标准方程为x 216-y 29=1.(2)因为焦点在x 轴上,可设双曲线方程为x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0),将点(4,-2)和(26,22)代入方程得⎩⎨⎧16a 2-4b 2=1, ①24a 2-8b 2=1, ②解得a 2=8,b 2=4,所以双曲线的标准方程为x 28-y 24=1.题型二 双曲线定义的应用例2 若F 1,F 2是双曲线x 29-y 216=1的两个焦点.(1)若双曲线上一点M 到它的一个焦点的距离等于16,求点M 到另一个焦点的距离; (2)如图,若P 是双曲线左支上的点,且PF 1·PF 2=32,试求△F 1PF 2的面积. 解 双曲线的标准方程为x 29-y 216=1,故a =3,b =4,c =a 2+b 2=5.(1) 由双曲线的定义得|MF 1-MF 2|=2a =6,又双曲线上一点M 到它一个焦点的距离等于16,假设点M 到另一个焦点的距离等于x , 则|16-x |=6,解得x =10或x =22. 故点M 到另一个焦点的距离为10或22. (2)将|PF 2-PF 1|=2a =6两边平方得PF 21+PF 22-2PF 1·PF 2=36, ∴PF 21+PF 22=36+2PF 1·PF 2 =36+2×32=100.在△F 1PF 2中,由余弦定理得cos ∠F 1PF 2=2222121122.PF PF F F PF PF +-=100-1002×32=0,且∠F 1PF 2∈(0°,180°),∴∠F 1PF 2=90°,∴S 12F PF ∆=12PF 1·PF 2=12×32=16. 反思与感悟 (1)求双曲线上一点到某一焦点的距离时,若已知该点的横、纵坐标,则根据两点间距离公式可求结果;若已知该点到另一焦点的距离,则根据|PF 1-PF 2|=2a 求解,注意对所求结果进行必要的验证(负数应该舍去,且所求距离应该不小于c -a ).(2)在解决双曲线中与焦点三角形有关的问题时,首先要注意定义中的条件|PF 1-PF 2|=2a 的应用;其次是要利用余弦定理、勾股定理或三角形面积公式等知识进行运算,在运算中要注意整体思想和一些变形技巧的应用.跟踪训练2 已知双曲线x 29-y 216=1的左,右焦点分别是F 1,F 2,若双曲线上一点P 使得∠F 1PF 2=60°,求△F 1PF 2的面积. 解 由x 29-y 216=1得,a =3,b =4,c =5.由双曲线的定义和余弦定理得PF 1-PF 2=±6,F 1F 22=PF 21+PF 22-2PF 1·PF 2cos 60°, 所以102=(PF 1-PF 2)2+PF 1·PF 2, 所以PF 1·PF 2=64,所以S 12F PF ∆=12PF 1·PF 2·sin ∠F 1PF 2=12×64×32=16 3. 题型三 与双曲线有关的轨迹问题例3 如图,在△ABC 中,已知AB =42,且三个内角A ,B ,C 满足2sin A +sin C = 2sin B ,建立适当的坐标系,求顶点C 的轨迹方程.解 以AB 边所在的直线为x 轴,AB 的垂直平分线为y 轴,建立平面直角坐标系如图所示,则A (-22,0),B (22,0).由正弦定理得sin A =BC 2R ,sin B =AC 2R ,sin C =AB2R (R 为△ABC 的外接圆半径).∵2sin A +sin C =2sin B , ∴2BC +AB =2AC ,从而有AC -BC =12AB =22<AB .由双曲线的定义知,点C 的轨迹为双曲线的右支(除去与x 轴的交点). ∵a =2,c =22,∴b 2=c 2-a 2=6, 即所求轨迹方程为x 22-y 26=1(x >2).反思与感悟 (1)求解与双曲线有关的点的轨迹问题,常见的方法有两种:①列出等量关系,化简得到方程;②寻找几何关系,由双曲线的定义,得出对应的方程.(2)求解双曲线的轨迹问题时要特别注意:①双曲线的焦点所在的坐标轴;②检验所求的轨迹对应的是双曲线的一支还是两支.跟踪训练3 如图所示,已知定圆F 1:(x +5)2+y 2=1,定圆F 2:(x -5)2+y 2=42,动圆M 与定圆F 1,F 2都外切,求动圆圆心M 的轨迹方程.解 圆F 1:(x +5)2+y 2=1,圆心F 1(-5,0),半径r 1=1; 圆F 2:(x -5)2+y 2=42,圆心F 2(5,0),半径r 2=4. 设动圆M 的半径为R , 则有MF 1=R +1,MF 2=R +4, ∴MF 2-MF 1=3<10=F 1F 2.∴点M 的轨迹是以F 1,F 2为焦点的双曲线的左支,且a =32,c =5,于是b 2=c 2-a 2=914.∴动圆圆心M 的轨迹方程为x 294-y 2914=1(x ≤-32).数形结合思想的应用例4已知F1,F2是双曲线x216-y29=1的左,右焦点,A是双曲线右支上的动点.(1)若点M(5,1),求AM+AF2的最小值;(2)若点M(5,n),求AM+AF2的最小值.分析画出草图,结合焦点三角形进行考虑.解(1)草图如图所示.由双曲线的定义,知AM+AF2=AM+AF1-2a.由于点M在双曲线右支的右边,故由图知当点A在线段MF1上时,AM+AF1最小,即AM+AF2最小.故所求的最小值为MF1-2a=101-8.(2)类似(1)可知,当点M在双曲线右支的右边,即|n|<94时,AM+AF2=AM+AF1-2a≥MF1-2a=100+n2-8.当M在双曲线右支的外边或其上,即|n|≥94时,AM+AF2≥MF2=|n|.故当|n|<94时,AM+AF2的最小值为100+n2-8;当|n|≥94时,AM+AF2的最小值为|n|.解后反思解决这类综合性较强的双曲线问题时,应利用图形的形象直观的特点画图分析,并注意运用双曲线的定义,对所求解的问题进行恰当转化,使问题顺利地得到解决.1.已知F1(3,3),F2(-3,3),动点P满足PF1-PF2=4,则P点的轨迹是________________. 答案双曲线的一支解析因为PF1-PF2=4,且4<F1F2,由双曲线定义知,P点的轨迹是双曲线的一支.2.若椭圆x234+y2n2=1和双曲线x2n2-y216=1有相同的焦点,则实数n的值是________.答案±3解析由题意知,34-n2=n2+16,∴2n2=18,n2=9.∴n=±3.3.双曲线x210-y22=1的焦距为________.答案4 3解析由标准方程得a2=10,b2=2,所以c2=a2+b2=12,c=23,所以焦距2c=4 3.4.已知双曲线中a=5,c=7,则该双曲线的标准方程为______________________.答案x225-y224=1或y225-x224=1解析当焦点在x轴上时,方程为x225-y224=1,当焦点在y轴上时,方程为y225-x224=1.5.P是双曲线x2-y2=16的左支上一点,F1、F2分别是左、右焦点,则PF1-PF2=________. 答案-8解析将x2-y2=16化为标准形式为x216-y216=1,所以a2=16,2a=8,因为P点在双曲线左支上,所以PF1-PF2=-8.1.双曲线定义中|PF1-PF2|=2a (2a<F1F2)不要漏了绝对值符号,当2a=F1F2时表示两条射线.2.在双曲线的标准方程中,a>b不一定成立.要注意与椭圆中a,b,c的区别.在椭圆中a2=b2+c2,在双曲线中c2=a2+b2.3.用待定系数法求双曲线的标准方程时,要先判断焦点所在的位置,设出标准方程后,由条件列出a,b,c的方程组.如果焦点不确定要分类讨论,采用待定系数法求方程或用形如mx2+ny2=1 (mn<0)的形式求解.。