第3课时 双曲线的简单几何性质(2)
学习 目标 1.掌握双曲线的通径、焦半径、焦点三角形的定义及其计算方法. 2.了解双曲线的第二定义,并能利用第二定义进行简单的计算.
典例精讲能力初成
探究1 双曲线焦点三角形面积的计算
例1 设F1,F2是双曲线C:x2-=1的两个焦点,点P在双曲线C上,且·=0,则△PF1F2的面积为3.
【解析】 方法一:由题意得a=1,b=,c==2.由双曲线的定义有||PF1|-|PF2||=2a=2.因为·=0,所以PF1⊥PF2,从而|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2,即(|PF1|-|PF2|)2+2|PF1||PF2|=|F1F2|2,于是22+2|PF1||PF2|=42,解得|PF1||PF2|=6,故△PF1F2的面积为|PF1||PF2|=×6=3.
方法二:因为·=0,所以PF1⊥PF2,即∠F1PF2=90°,由焦点三角形面积公式得S△PF1F2==3.
(1) 经过双曲线的焦点且垂直于实轴所在直线的弦叫做双曲线的通径,其长为.
(2) 双曲线焦点三角形的面积公式:若P为双曲线-=1(a>0,b>0)上一点,F1,F2分别为左、右焦点,记∠F1PF2=θ,则△PF1F2的面积S△PF1F2=.
变式1 已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2.
(1) 若双曲线上一点P到焦点F1的距离为10,求点P到焦点F2的距离;
【解答】 由题意知|PF1|=10,||PF1|-|PF2||=2×3=6,即|10-|PF2||=6,解得|PF2|=4或|PF2|=16.
(2) 若P是双曲线上一点,且|PF1|·|PF2|=32,试求△PF1F2的面积.
【解答】 方法一:由题意知||PF1|-|PF2||=6,两边平方得|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|=36,所以|PF1|2+|PF2|2=2|PF1|·|PF2|+36=2×32+36=100.又c2=a2+b2=9+16=25,所以|F1F2|=2c=10,从而|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2,于是∠F1PF2=90°,故S△PF1F2=|PF1|·|PF2|=×32=16.
方法二:同方法一得∠F1PF2=90°,则S△PF1F2===16.
探究2 双曲线的第二定义
例2 已知M为双曲线-=1上一动点,则点M到点(3,0)和到直线x=1的距离之比为.
【解析】 由双曲线-=1,得a2=3,b2=6,则c==3,所以双曲线-=1的右焦点为F(3,0),右准线方程为x==1.由双曲线的第二定义可知,点M到点(3,0)和到直线x=1的距离之比为e==.
点M(x,y)与定点F(c,0)的距离和它到定直线l:x=的距离之比为常数(0<a<c)的点的轨迹为双曲线-=1(a>0,b>0),其中定点F为右焦点,直线l为右准线.
双曲线-=1(a>0,b>0)有两个焦点F1(-c,0),F2(c,0),对应地,有左、右两条准线,其方程分别为l1:x=,l2:x=.
变式2 已知F(c,0)为双曲线x2-=1的右焦点,过点F的直线m交双曲线的右支于A,B两点,交直线l:x=于点M.若=,||=8,则双曲线的离心率e的值为( C )
A.4 B.3
C.2 D.
【解析】 由题意得l为双曲线的右准线.如图,过点A,B作右准线l的垂线,垂足分别为A′,B′,设右准线l与x轴的交点为C.因为=,所以F是BM的中点,|AM|=|FM|-|FA|=|BF|-|FA|.由双曲线的第二定义可得==e,即=.由△AA′M∽△BB′M可得==,所以=,从而3|FA|=|BF|.因为||=8,所以|FA|=2,|MF|=|BF|=6,|AM|=|MF|-|FA|=4.由△AA′M∽△FCM可得=.又因为a2=1,即a=1,|AA′|===,|CF|=c-=c-,所以==,解得c=2,故e==2.
(变式2答)
探究3 双曲线焦半径公式的应用
例3 已知P为双曲线C:-=1(a>0,b>0)上的一点,F1,F2分别为双曲线C的左、右焦点,若△PF1F2的内切圆的直径为a,则双曲线C的离心率的取值范围为.
【解析】 如图,不妨设P(x0,y0)为双曲线右支上的一点,由焦半径公式可得|PF1|=ex0+a,|PF2|=ex0-a.由△PF1F2的面积公式可得·2c·|y0|=··(|PF1|+|PF2|+2c),即2c|y0|=a(ex0+c),即2c|y0|=cx0+ac,则a=2|y0|-x0有解.不妨设y0>0,可得2y0-x0>0,所以y0=x0+a.由渐近线方程为y=±x,可得>,所以e==>=.
(例3答)
双曲线上一点与焦点的连线段叫做双曲线的焦半径.双曲线-=1(a>0,b>0)上一点M(x0,y0)与左、右焦点F1,F2的连线分别为双曲线的左、右焦半径.由双曲线的第二定义易证|MF1|=|a+ex0|,|MF2|=|a-ex0|,其中e为双曲线的离心率.
变式3 已知双曲线C:-=1(b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过点P(-2,0)作一条倾斜角为30°的直线与双曲线C在第一象限交于点M,且|PF2|=|F2M|,则双曲线C的离心率为( A )
A. B.
C. D.
【解析】 由题意知a=2.如图,设M(x0,y0),F2(c,0),则-=1,所以|MF2|=|ex0-a|.又点M在第一象限,即x0>a,故|MF2|=ex0-a.过点M作MD⊥x轴于点D,由|PF2|=|F2M|,∠MPF2=30°,可知∠MF2D=60°.由题意知|PF2|=a+c=|MF2|=2|F2D|,可得D,即x0=,故·-a=a+c,即3c2-ac-4a2=0,可得3e2-e-4=0,解得e=(负值舍去).
(变式3答)
随堂内化及时评价
1.已知P是双曲线E:-y2=1上一点,F1,F2分别是双曲线E的左、右焦点,△PF1F2的周长为12+2,则△PF1F2的面积为.
【解析】 不妨设点P在双曲线E的右支上,则|PF1|-|PF2|=4.因为|F1F2|=2,△PF1F2的周长为12+2,所以|PF1|+|PF2|=12,可得|PF1|=8,|PF2|=4.在△PF1F2中,cos ∠F1PF2==,则sin ∠F1PF2=,所以△PF1F2的面积S△PF1F2=|PF1|·|PF2|·sin ∠F1PF2=×8×4×=.
2.已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2,在双曲线的右支上存在一点P,使|PF1|=3|PF2|,则点P的坐标为.
【解析】 由-=1,得a=4,b=3,c=5,所以双曲线的右准线方程为x=.设P(m,n),则由|PF1|=3|PF2|,|PF1|-|PF2|=2a=8,解得|PF2|=4,设点P到右准线x=的距离为d.由=e==,解得d=.又d=m-,所以m=.而点P在双曲线-=1上,所以-=1,解得n=±,故P.
3.已知双曲线x2-y2=a2(a>0)的左、右焦点分别为F1,F2,P为双曲线上任意一点,求证:|PO|2=|PF1|·|PF2|(O为坐标原点).
【解答】 不妨设P(x,y)是双曲线右支上的一点,所以|PF2|=ex-a,|PF1|=ex+a(其中离心率e=),从而|PF1|·|PF2|=e2x2-a2=2x2-(x2-y2)=x2+y2=|PO|2.
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配套新练案
一、 单项选择题
1.若双曲线2mx2-my2=2的一条准线方程为y=1,则m的值为( B )
A.- B.-
C.-3 D.-1
【解析】 由题意可将2mx2-my2=2化为-=1,则a2=-,b2=-,c===.由准线方程为y=1,可得=1,解得m=-.
2.已知P为双曲线3x2-y2=9右支上的一点,则点P到右焦点的距离与点P到右准线的距离之比等于( C )
A. B.
C.2 D.4
【解析】 由3x2-y2=9,得-=1,所以a=,c===2.由双曲线的第二定义知点P到右焦点的距离与点P到右准线的距离之比为e===2.
3.已知双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,点P在双曲线的右支上,且|PF1|=4|PF2|,则此双曲线的离心率e的最大值为( B )
A. B.
C.2 D.
【解析】 由题意知|PF1|-|PF2|=2a,又|PF1|=4|PF2|,所以|PF2|=a.设P(x0,y0),则x0>0,所以=e,从而a=ex0-a,于是e=.又因为x0≥a,所以≤1,当x0=a时取等号,从而e=·≤,即e的最大值为.
4.已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2,若双曲线上有一点P使得∠F1PF2=60°,则△F1PF2的面积为( C )
A. B.
C.7 D.14
【解析】 由题意得c===4,|F1F2|=2c=8.设|PF1|=m,|PF2|=n,则|m-n|=2a=6 ①.由∠F1PF2=60°及余弦定理可得|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|cos 60°,即64=m2+n2-mn,也即64=(m-n)2+mn ②.由①②可得mn=28,所以S△F1PF2=|PF1|·|PF2|·sin ∠F1PF2=mn=7.
二、 多项选择题
5.已知双曲线C:-y2=1,则下列结论正确的是( ABC )
A.双曲线C的离心率为
B.双曲线C的焦点到渐近线的距离为1
C.双曲线C的两条准线之间的距离为
D.双曲线C左支上的点到右焦点的最短距离为4
【解析】 由题意知a=2,b=1,c==.双曲线C的离心率e==,故A正确.双曲线C的焦点(±,0)到渐近线y=±x的距离为=1,故B正确.双曲线C的两条准线之间的距离为==,故C正确.设点P(x,y)为双曲线C左支上的一点,则x≤-2,且y2=-1,双曲线C的右焦点为F(,0),则|PF|====2-x≥2+,故D错误.
6.若双曲线-=1(a>0,b>0)的一条渐近线上的点M(-1,)关于另一条渐近线的对称点恰为右焦点F,P为双曲线上的动点,A(3,1),则|PA|+|PF|的值可能为( CD )
A. B.2
C. D.4
【解析】 由题意知点M(-1,)在渐近线y=-x上,所以=,从而b=a.设F(c,0),则结合b=a,解得c=2.又c2=a2+b2,所以a2=1,b2=3,从而双曲线的离心率e==2,右准线方程为x==.如图,设点P到右准线x=的距离为d,则=e=2,所以|PA|+|PF|=|PA|+×2d=|PA|+d≥|AA′|=3-=.根据四个选项可知,A,B错误,C,D正确.
(第6题答)
三、 填空题
7.已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2,点M在双曲线上,若△MF1F2的周长为20,则△MF1F2的面积等于10.
【解析】 不妨设点M在双曲线的右支上,由双曲线方程可知a2=4,b2=5,所以c==3.因为|MF1|+|MF2|+2c=20,所以|MF1|+|MF2|=14.又因为|MF1|-|MF2|=4,所以|MF1|=9,|MF2|=5.在△MF1F2中,由余弦定理可得cos ∠F1MF2==,所以sin ∠F1MF2=,故△MF1F2的面积S=×9×5×=10.
8.已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2,双曲线上的一点P满足|PF1|=3|PF2|,若点P在第一象限,则点P的坐标为(3,2).
【解析】 由题意知a=,c=2,e=.设P(x0,y0)(x0>0,y0>0),则|PF1|=+x0,|PF2|=-+x0.由|PF1|=3|PF2|,得+x0=3,解得x0=3.将点P的坐标代入双曲线方程得y0=2,所以P(3,2).
四、 解答题
9.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的焦距为10,左、右焦点分别为F1,F2,点A在双曲线C上,且AF2⊥x轴,△AF1F2的面积为,P为双曲线C右支上的任意一点,求-的取值范围.
【解答】 由题意可知F1(-5,0),F2(5,0).设A(5,yA),将点A的坐标代入双曲线方程得y=b2.又a2+b2=25,所以yA=±.由△AF1F2的面积为,得S△AF1F2=×2c×|yA|==,解得a2=16,b2=9,所以双曲线C的方程为-=1.设P(x0,y0),则|PF1|=ex0+a=x0+4,|PF2|=x0-4.因为x0≥4,所以-===∈.
10.已知中心在原点,焦点在x轴上的椭圆C1与双曲线C2有共同的焦点F1,F2,|F1F2|=6,椭圆C1的长半轴与双曲线C2的实半轴之差为4,离心率之比为3∶7.
(1) 求椭圆C1和双曲线C2的方程;
【解答】 设椭圆C1的方程为+=1(a>b>0),双曲线C2的方程为-=1(m>0,n>0),又2c=6,则解得a=7,m=3,所以b==,n==3,因此,椭圆C1的方程为+=1,双曲线C2的方程为-=1.
(2) 若P为椭圆C1和双曲线C2的交点,求∠F1PF2的余弦值.
【解答】 不妨设F1,F2分别为两曲线的左、右焦点,P是两曲线在第一象限的交点,设|PF1|=s,|PF2|=t,由椭圆的定义可得s+t=2a=14,由双曲线的定义可得s-t=2m=6,解得s=10,t=4.在△F1PF2中,由余弦定理可得cos∠F1PF2===.
11.(多选)已知F1,F2是双曲线C:x2-=1(b>0)的左、右焦点,过点F2的直线交双曲线C的右支于A,B两点,若|AF1|=2|AF2|,∠AF1F2=∠F1BF2,则( ABD )
A.双曲线C的离心率为2
B.|AB|=8
C.△AF1F2的面积为4
D.△BF1F2的周长为18
【解析】 如图,不妨设点A在第一象限,由双曲线C的方程为x2-=1(b>0),可得a=1,则|AF1|-|AF2|=2a=2.又|AF1|=2|AF2|,所以|AF1|=4,|AF2|=2.因为∠AF1F2=∠F1BF2,∠F1AF2=∠BAF1,所以△AF1F2∽
△ABF1,从而===,于是|AB|=2|AF1|=8,故B正确,且|BF2|=|AB|-|AF2|=6.而|BF1|-|BF2|=2,故|BF1|=8.根据=,得|F1F2|=4=2c,所以c=2,从而双曲线C的离心率e==2,故A正确.在△AF1F2中,|AF1|=4,|AF2|=2,|F1F2|=4,所以S△AF1F2=×2×=,故C错误.△BF1F2的周长为|BF1|+|BF2|+|F1F2|=18,故D正确.
(第11题答)
12.已知双曲线C:-=1的左、右焦点分别为F1,F2,过点F2且倾斜角为60°的直线l交双曲线C的右支于A,B两点(点A在x轴上方),且满足=t(t>3),则双曲线C的离心率的取值范围是(1,2).
【解析】 如图,设A(x1,y1),B(x2,y2),x1>x2>a,F2(c,0),则|AF2|=ex1-a,|BF2|=ex2-a.由直线l的倾斜角为60°,可知x1-x2=|BH|=|AB|,所以x1-x2=(ex1-a+ex2-a).因为=t,所以t==.设ex1-a=m,ex2-a=n,则ex1-ex2=m-n,即x1-x2=(m-n).而x1-x2=(m-n),所以(m-n)=(m+n),可得==t,从而e==2-.又t>3,所以e∈(1,2).
(第12题答)第3课时 双曲线的简单几何性质(2)
学习 目标 1.掌握双曲线的通径、焦半径、焦点三角形的定义及其计算方法. 2.了解双曲线的第二定义,并能利用第二定义进行简单的计算.
典例精讲能力初成
探究1 双曲线焦点三角形面积的计算
例1 设F1,F2是双曲线C:x2-=1的两个焦点,点P在双曲线C上,且·=0,则△PF1F2的面积为 .
(1) 经过双曲线的焦点且垂直于实轴所在直线的弦叫做双曲线的通径,其长为.
(2) 双曲线焦点三角形的面积公式:若P为双曲线-=1(a>0,b>0)上一点,F1,F2分别为左、右焦点,记∠F1PF2=θ,则△PF1F2的面积S△PF1F2=.
变式1 已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2.
(1) 若双曲线上一点P到焦点F1的距离为10,求点P到焦点F2的距离;
(2) 若P是双曲线上一点,且|PF1|·|PF2|=32,试求△PF1F2的面积.
探究2 双曲线的第二定义
例2 已知M为双曲线-=1上一动点,则点M到点(3,0)和到直线x=1的距离之比为 .
点M(x,y)与定点F(c,0)的距离和它到定直线l:x=的距离之比为常数(0<a<c)的点的轨迹为双曲线-=1(a>0,b>0),其中定点F为右焦点,直线l为右准线.
双曲线-=1(a>0,b>0)有两个焦点F1(-c,0),F2(c,0),对应地,有左、右两条准线,其方程分别为l1:x=,l2:x=.
变式2 已知F(c,0)为双曲线x2-=1的右焦点,过点F的直线m交双曲线的右支于A,B两点,交直线l:x=于点M.若=,||=8,则双曲线的离心率e的值为( )
A.4 B.3
C.2 D.
探究3 双曲线焦半径公式的应用
例3 已知P为双曲线C:-=1(a>0,b>0)上的一点,F1,F2分别为双曲线C的左、右焦点,若△PF1F2的内切圆的直径为a,则双曲线C的离心率的取值范围为 .
双曲线上一点与焦点的连线段叫做双曲线的焦半径.双曲线-=1(a>0,b>0)上一点M(x0,y0)与左、右焦点F1,F2的连线分别为双曲线的左、右焦半径.由双曲线的第二定义易证|MF1|=|a+ex0|,|MF2|=|a-ex0|,其中e为双曲线的离心率.
变式3 已知双曲线C:-=1(b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过点P(-2,0)作一条倾斜角为30°的直线与双曲线C在第一象限交于点M,且|PF2|=|F2M|,则双曲线C的离心率为( )
A. B.
C. D.
随堂内化及时评价
1.已知P是双曲线E:-y2=1上一点,F1,F2分别是双曲线E的左、右焦点,△PF1F2的周长为12+2,则△PF1F2的面积为 .
2.已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2,在双曲线的右支上存在一点P,使|PF1|=3|PF2|,则点P的坐标为 .
3.已知双曲线x2-y2=a2(a>0)的左、右焦点分别为F1,F2,P为双曲线上任意一点,求证:|PO|2=|PF1|·|PF2|(O为坐标原点).
配套新练案
一、 单项选择题
1.若双曲线2mx2-my2=2的一条准线方程为y=1,则m的值为( )
A.- B.-
C.-3 D.-1
2.已知P为双曲线3x2-y2=9右支上的一点,则点P到右焦点的距离与点P到右准线的距离之比等于( )
A. B.
C.2 D.4
3.已知双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,点P在双曲线的右支上,且|PF1|=4|PF2|,则此双曲线的离心率e的最大值为( )
A. B.
C.2 D.
4.已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2,若双曲线上有一点P使得∠F1PF2=60°,则△F1PF2的面积为( )
A. B.
C.7 D.14
二、 多项选择题
5.已知双曲线C:-y2=1,则下列结论正确的是( )
A.双曲线C的离心率为
B.双曲线C的焦点到渐近线的距离为1
C.双曲线C的两条准线之间的距离为
D.双曲线C左支上的点到右焦点的最短距离为4
6.若双曲线-=1(a>0,b>0)的一条渐近线上的点M(-1,)关于另一条渐近线的对称点恰为右焦点F,P为双曲线上的动点,A(3,1),则|PA|+|PF|的值可能为( )
A. B.2
C. D.4
三、 填空题
7.已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2,点M在双曲线上,若△MF1F2的周长为20,则△MF1F2的面积等于 .
8.已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1,F2,双曲线上的一点P满足|PF1|=3|PF2|,若点P在第一象限,则点P的坐标为 .
四、 解答题
9.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的焦距为10,左、右焦点分别为F1,F2,点A在双曲线C上,且AF2⊥x轴,△AF1F2的面积为,P为双曲线C右支上的任意一点,求-的取值范围.
10.已知中心在原点,焦点在x轴上的椭圆C1与双曲线C2有共同的焦点F1,F2,|F1F2|=6,椭圆C1的长半轴与双曲线C2的实半轴之差为4,离心率之比为3∶7.
(1) 求椭圆C1和双曲线C2的方程;
(2) 若P为椭圆C1和双曲线C2的交点,求∠F1PF2的余弦值.
11.(多选)已知F1,F2是双曲线C:x2-=1(b>0)的左、右焦点,过点F2的直线交双曲线C的右支于A,B两点,若|AF1|=2|AF2|,∠AF1F2=∠F1BF2,则( )
A.双曲线C的离心率为2
B.|AB|=8
C.△AF1F2的面积为4
D.△BF1F2的周长为18
12.已知双曲线C:-=1的左、右焦点分别为F1,F2,过点F2且倾斜角为60°的直线l交双曲线C的右支于A,B两点(点A在x轴上方),且满足=t(t>3),则双曲线C的离心率的取值范围是 .(共43张PPT)
第三章 圆锥曲线的方程
3.2 双曲线
第3课时 双曲线的简单几何性质(2)
学习 目标 1.掌握双曲线的通径、焦半径、焦点三角形的定义及其计算方法.
2.了解双曲线的第二定义,并能利用第二定义进行简单的计算.
典例精讲·能力初成
探究
1
双曲线焦点三角形面积的计算
1
【解析】
3
(1) 若双曲线上一点P到焦点F1的距离为10,求点P到焦点F2的距离;
【解答】
由题意知|PF1|=10,||PF1|-|PF2||=2×3=6,即|10-|PF2||=6,解得|PF2|=4或|PF2|=16.
(2) 若P是双曲线上一点,且|PF1|·|PF2|=32,试求△PF1F2的面积.
【解答】
探究
2
双曲线的第二定义
2
【解析】
【解析】
【答案】C
探究
3
双曲线焦半径公式的应用
3
【解析】
【解析】
【答案】A
随堂内化·及时评价
【解析】
【解析】
3.已知双曲线x2-y2=a2(a>0)的左、右焦点分别为F1,F2,P为双曲线上任意一点,求证:|PO|2=|PF1|·|PF2|(O为坐标原点).
【解答】
配套新练案
一、单项选择题
1.若双曲线2mx2-my2=2的一条准线方程为y=1,则m的值为 ( )
【解析】
B
【解析】
C
【解析】
B
【解析】
C
【解析】
【答案】ABC
【解析】
【答案】CD
【解析】
【解析】
【解答】
(1) 求椭圆C1和双曲线C2的方程;
【解答】
(2) 若P为椭圆C1和双曲线C2的交点,求∠F1PF2的余弦值.
【解答】
A.双曲线C的离心率为2 B.|AB|=8
C.△AF1F2的面积为4 D.△BF1F2的周长为18
【解析】
△BF1F2的周长为|BF1|+|BF2|+|F1F2|=18,故D正确.
【答案】ABD
【解析】
【答案】(1,2)