2018版高中数学苏教版选修1-1学案:第二章 2.3.2 双曲线的几何性质 Word版含答案

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2.3.2 双曲线的几何性质 [学习目标] 1.了解双曲线的简单几何性质,如范围、对称性、顶点、渐近线和离心率等. 2.能用双曲线的简单几何性质解决一些简单问题.3.能区别椭圆与双曲线的性质.

知识点一 双曲线的几何性质 标准方程 x2a2-y2b2=1 (a>0,b>0) y2a2-x2b2=1

(a>0,b>0)

图形

性质 范围 x≥a或x≤-a y≥a或y≤-a 对称性 对称轴:坐标轴 对称中心:原点

顶点坐标 A1(-a,0), A2(a,0) A1(0,-a), A2(0,a) 实轴和虚轴 线段A1A2叫做双曲线的实轴;线段B1B2叫做双曲线的虚轴

渐近线 y=±bax y=±abx

离心率 e=ca,e∈(1,+∞)

知识点二 等轴双曲线 实轴和虚轴等长的双曲线叫做等轴双曲线,它的渐近线是y=±x. [思考] (1)椭圆与双曲线的离心率都是e,其范围一样吗?

(2)若双曲线确定,则渐近线确定吗?反过来呢? 答案 (1)不一样.椭圆的离心率01. (2)当双曲线的方程确定后,其渐近线方程也就确定了;反过来,确定的渐近线却对应着无数

条双曲线,如具有相同的渐近线y=±bax的双曲线可设为x2a2-y2b2=λ(λ≠0,λ∈R),当λ>0时, 焦点在x轴上,当λ<0时,焦点在y轴上. 题型一 已知双曲线的标准方程求其几何性质 例1 求双曲线9y2-4x2=-36的顶点坐标、焦点坐标、实轴长、虚轴长、离心率、渐近线方程.

解 将9y2-4x2=-36化为标准方程x29-y24=1,

即x232-y222=1, ∴a=3,b=2,c=13. 因此顶点为A1(-3,0),A2(3,0), 焦点为F1(-13,0),F2(13,0), 实轴长2a=6,虚轴长2b=4,

离心率e=ca=133, 渐近线方程为y=±bax=±23x. 反思与感悟 讨论双曲线的几何性质,先要将双曲线方程化为标准形式,然后根据双曲线两种形式的特点得到几何性质. 跟踪训练1 求双曲线x2-3y2+12=0的实轴长、虚轴长、焦点坐标、顶点坐标、渐近线方程、离心率.

解 将方程x2-3y2+12=0化为标准方程y24-x212=1, ∴a2=4,b2=12,∴a=2,b=23, ∴c=a2+b2=16=4. ∴双曲线的实轴长2a=4,虚轴长2b=43.

焦点坐标为F1(0,-4),F2(0,4),顶点坐标为A1(0,-2),A2(0,2),渐近线方程为y=±33x,离心率e=2. 题型二 根据双曲线的几何性质求标准方程 例2 求适合下列条件的双曲线的标准方程:

(1)一个焦点为(0,13),且离心率为135;

(2)渐近线方程为y=±12x,且经过点A(2,-3). 解 (1)依题意可知,双曲线的焦点在y轴上,且c=13, 又ca=135,∴a=5,b=c2-a2=12, 故其标准方程为y225-x2144=1. (2)方法一 ∵双曲线的渐近线方程为y=±12x, 若焦点在x轴上,设所求双曲线的标准方程为x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),则ba=12.① ∵A(2,-3)在双曲线上,∴4a2-9b2=1.② 联立①②,无解. 若焦点在y轴上,设所求双曲线的标准方程为y2a2-x2b2=1(a>0,b>0),则ab=12.③

∵A(2,-3)在双曲线上,∴9a2-4b2=1.④ 联立③④,解得a2=8,b2=32. ∴所求双曲线的标准方程为y28-x232=1.

方法二 由双曲线的渐近线方程为y=±12x,可设双曲线方程为x222-y2=λ(λ≠0), ∵A(2,-3)在双曲线上, ∴2222-(-3)2=λ,即λ=-8.

∴所求双曲线的标准方程为y28-x232=1. 反思与感悟 由双曲线的几何性质求双曲线的标准方程常用待定系数法,当焦点位置明确时直接设出双曲线的标准方程即可,当焦点位置不明确时,应注意分类讨论,也可以不分类讨论直接把双曲线方程设成mx2-ny2=1(mn>0),从而直接求出来.当双曲线的渐近线方程为y

=±bax时,可以将方程设为x2a2-y2b2=λ(λ≠0). 跟踪训练2 根据条件,求双曲线的标准方程. (1)与双曲线x29-y216=1有共同渐近线,且过点(-3,23);

(2)与双曲线x216-y24=1有公共焦点,且过点(32,2). 解 (1)设所求双曲线方程为x29-y216=λ(λ≠0), 由题意可知-329-23216=λ,解得λ=14. ∴所求双曲线的标准方程为x294-y24=1. (2)设所求双曲线方程为x216-k-y24+k=1(16-k>0,4+k>0), ∵双曲线过点(32,2),∴32216-k-44+k=1, 解得k=4或k=-14(舍去). ∴所求双曲线的标准方程为x212-y28=1. 题型三 直线与双曲线的位置关系 例3 直线l在双曲线x23-y22=1上截得的弦长为4,其斜率为2,求直线l的方程. 解 设直线l的方程为y=2x+m,

由 y=2x+m,x23-y22=1,得10x2+12mx+3(m2+2)=0.(*) 设直线l与双曲线交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点, 由根与系数的关系,

得x1+x2=-65m,x1x2=310(m2+2). 又y1=2x1+m,y2=2x2+m, ∴y1-y2=2(x1-x2), ∴AB2=(x1-x2)2+(y1-y2)2=5(x1-x2)2 =5[(x1+x2)2-4x1x2

]

=5[3625m2-4×310(m2+2)]. ∵AB=4,∴365m2-6(m2+2)=16. ∴3m2=70,m=±2103. 由(*)式得Δ=24m2-240,把m=±2103代入, 得Δ>0,∴m的值为±2103. ∴所求直线l的方程为y=2x±2103. 反思与感悟 直线与双曲线相交的题目,一般先联立方程组,消去一个变量,转化成关于x或y的一元二次方程.要注意根与系数的关系,根的判别式的应用.若与向量有关,则将向量用坐标表示,并寻找其坐标间的关系,结合根与系数的关系求解.

跟踪训练3 设双曲线C:x2a2-y2=1(a>0)与直线l:x+y=1相交于两个不同的点A、B. (1)求实数a的取值范围; (2)设直线l与y轴的交点为P,若PA→=512PB→,求a的值.

解 (1)将y=-x+1代入双曲线方程x2a2-y2=1(a>0), 得(1-a2)x2+2a2x-2a2=0.

依题意有 1-a2≠0,Δ=4a4+8a21-a2>0, 所以0(2)设A(x1,y1),B(x2,y2), 依题意得P(0,1),

因为PA→=512PB→,所以(x1,y1-1)=512(x2,y2-1).

由此得x1=512x2. 由于x1,x2是方程(1-a2)x2+2a2x-2a2=0的两根,且1-a2≠0, 所以1712x2=-2a21-a2,512x22=-2a21-a2.

消去x2得-2a21-a2=28960.由a>0,解得a=1713.

分类讨论思想的应用 例4 已知双曲线方程为2x2-y2=2. (1)过定点P(2,1)作直线l交双曲线于P1,P2两点,当点P(2,1)是弦P1P2的中点时,求此直线方程; (2)过定点Q(1,1)能否作直线l,使l与此双曲线交于Q1,Q2两点,且Q是弦Q1Q2的中点?若存在,求出l的方程;若不存在,请说明理由. 分析 (1)点P是弦P1P2的中点,其端点是直线与双曲线的交点,所以设出直线方程后,将其与双曲线方程组成方程组,结合根与系数的关系和中点坐标公式可求解. (2)先假设直线存在,将交点的坐标代入原曲线方程得方程组,再将中点坐标公式代入求出k的值,得直线方程,最后与曲线方程联立,验证根的情况. 解 (1)若直线的斜率不存在,即P1P2⊥x轴,则由双曲线的对称性,知弦P1P2的中点在x轴上,不可能是点P(2,1),所以直线l的斜率存在. 故可设直线l的方程为y-1=k(x-2), 即y=kx-2k+1. 由 2x2-y2=2,y=kx-2k+1消去y并化简, 得(2-k2)x2+2k(2k-1)x-4k2+4k-3=0. 设直线l与双曲线的交点为P1(x1,y1),P2(x2,y2).

①当2-k2≠0,即k2≠2时,x1+x2=-2k2k-12-k2. 因为点P(2,1)是弦P1P2的中点, 所以-k2k-12-k2=2,解得k=4. 当k=4时, Δ=4k2(2k-1)2-4(2-k2)(-4k2+4k-3)=280>0.

②当k2=2,即k=±2时,直线与双曲线渐近线的斜率相等,即斜率为k=±2的直线l与双曲线不可能有两个交点. 综上所述,所求直线方程为y=4x-7. (2)假设这样的直线l存在,设Q1(x1,y1),Q2(x2,y2),

则x1+x22=1,y1+y22=1.

所以x1+x2=2,y1+y2=2,且 2x21-y21=2,2x22-y22=2. 两式相减,得(2x21-2x22)-(y21-y22)=0, 所以2(x1-x2)(x1+x2)-(y1-y2)(y1+y2)=0, 所以2(x1-x2)-(y1-y2)=0. 若直线l⊥x轴,则直线l与双曲线只有一个交点,不符合题意.

所以直线l的斜率存在,故k=y1-y2x1-x2=2. 所以直线l的方程为y-1=2(x-1),即y=2x-1. 由 y=2x-1,2x2-y2=2,得2x2-(2x-1)2=2, 即2x2-4x+3=0,得Δ=16-24<0. 这就是说,直线l与双曲线没有公共点,因此这样的直线不存在. 解后反思 在本题的解答过程中,共有3次用到了分类讨论思想:在(1)中,先对直线的斜率是否存在进行了讨论,再对一元二次方程的二次项系数是否为零进行了讨论;在(2)中,也对直线是否与x轴垂直进行了讨论.