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3.2双曲线
一.选择题(共5小题)
1.已知双曲线C的焦距为,焦点到渐近线的距离为,则该双曲线的离心率为( )
A. B. C. D.
2.如图1所示,双曲线具有光学性质:从双曲线右焦点发出的光线经过双曲线镜面反射,其反射光线的反向延长线经过双曲线的左焦点.若双曲线E:1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,从F2发出的光线经过图2中的A,B两点反射后,分别经过点C和D,且tan∠BAC,AB⊥BD,则E的离心率为( )
A. B. C. D.
3.已知O为坐标原点,双曲线C的右焦点为F,左顶点为A,过F作C的一条渐近线的垂线,垂足为P.若,则C的离心率为( )
A. B. C.2 D.
4.已知直线l:2x+3y=0与双曲线C无公共交点,则C的离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
5.双曲线C:1(a>0,b>0)的左、右焦点为F1,F2,过F1的直线与C的左支交于P,Q两点,若|PF2|=|F1F2|,且5,则双曲线的离心率为( )
A. B. C. D.2
二.多选题(共4小题)
(多选)6.记双曲线的左、右焦点分别为F1,F2.若F2(2,0),以F1为圆心、4为半径的圆与E的右支交于P,Q两点,点M为E上一点,满足F1M⊥F2M,则( )
A.离心率e=2 B.△MF1F2的面积为
C.|MP|﹣|MQ|<4 D.
(多选)7.已知曲线C的方程为,则( )
A.若曲线C表示圆,则m=1
B.若曲线C表示椭圆,则0<m<2
C.若曲线C表示双曲线,则m>2
D.若曲线C表示焦点在y轴上的双曲线,则m<0
(多选)8.已知双曲线的左、右焦点分别为F1,F2,P是C上一点,且|PF1|=4,|PF2|=2,则( )
A.m=1 B.C的离心率为
C.△F1PF2的面积为 D.∠F1PF2=60°
(多选)9.已知双曲线C过点且渐近线方程为,则下列结论正确的是( )
A.双曲线C的方程为
B.双曲线C的离心率为
C.曲线y=ex﹣2﹣1经过双曲线C的一个焦点
D.焦点到渐近线的距离为1
三.填空题(共4小题)
10.已知过双曲线上一点p(x0,y0)的切线方程,若M(x0,y0)为双曲线x2﹣y2=4上的动点,x0>0,y0≥0,直线l1:x0x﹣y0y=4与双曲线的两条渐近线交于P,Q两点(点P在第一象限),R与Q在同一条渐近线上,则的最小值为 .
11.已知双曲线的左右顶点分别为A、B,点P是圆O:x2+y2=8上不同于A、B两点的一动点,直线PB与双曲线交于点Q,若直线PA斜率的取值范围是[4,5],则QA的斜率的取值范围是 .
12.已知F1为双曲线的左焦点,P是双曲线右支上一点,线段PF1与以该双曲线实轴为直径的圆相切于线段PF1的中点,则该双曲线的离心率为 .
13.已知双曲线C:1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过左焦点F1的直线与双曲线C的左支相交于P,Q两点,|PQ|=|PF2|,且cos∠QPF2,则双曲线C的离心率为 .
四.解答题(共2小题)
14.已知双曲线C,左、右焦点分别为F1、F2,两条渐近线为,且经过点.
(1)求双曲线C的方程;
(2)设过原点的直线l与C交于M、N两点且点M在第一象限,
(i)若直线MF2与直线NF2互相垂直,求点M的坐标.
(ii)连接NF2与双曲线C交于点E,若△EMN面积为,求直线NF2的方程.
15.在平面内,若直线l将多边形分为两部分,多边形在l两侧的顶点到直线l的距离之和相等,则称l为多边形的一条“等线”,已知O为坐标原点,双曲线的左、右焦点分别为F1,F2,双曲线E的离心率为2,点P为E右支上一动点,直线m与双曲线E相切于点P,且与E的渐近线交于A,B两点,当点P在第四象限且PF2⊥x轴时,直线y=﹣1为△PF1F2的等线.
(1)求双曲线E的标准方程;
(2)若是四边形AF1BF2的等线,求四边形AF1BF2的面积;
(3)设,点G的轨迹为曲线Γ,证明:F在点G处的切线n为△AF1F2的等线.
3.2双曲线
参考答案与试题解析
一.选择题(共5小题)
1.已知双曲线C的焦距为,焦点到渐近线的距离为,则该双曲线的离心率为( )
A. B. C. D.
【考点】求双曲线的离心率.
【专题】方程思想;定义法;圆锥曲线的定义、性质与方程;运算求解.
【答案】A
【分析】由已知求得c与b的值,结合隐含条件求解a,再由离心率公式得答案.
【解答】解:由已知可得,2c,则c,
由双曲线的性质可知,焦点到渐近线的距离为b,
则,
所以,双曲线的离心率为e.
故选:A.
【点评】本题考查双曲线的几何性质,是基础题.
2.如图1所示,双曲线具有光学性质:从双曲线右焦点发出的光线经过双曲线镜面反射,其反射光线的反向延长线经过双曲线的左焦点.若双曲线E:1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,从F2发出的光线经过图2中的A,B两点反射后,分别经过点C和D,且tan∠BAC,AB⊥BD,则E的离心率为( )
A. B. C. D.
【考点】求双曲线的离心率.
【专题】方程思想;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;逻辑思维;运算求解.
【答案】B
【分析】连接AF1,BF1,由双曲线的光学性质可知C、A、F1三点共线且D、B、F1三点共线,设|BF1|=4m,根据双曲线的定义以及tan∠F1AF2的值可表示出|AB|、|AF1|,解得m和a的关系,在Rt△F1BF2中,由勾股定理可得a,c关系,可解得离心率.
【解答】解:如图,
连接AF1,BF1,则C、A、F1三点共线且D、B、F1三点共线,
由已知,tan∠F1AF2=﹣tan∠BAC,
因为AB⊥BD,所以设|BF1|=4m,则|AB|=3m,|AF1|=5m,
由双曲线的定义|AF1|+|BF1|=|AB|+4a,所以|AF1|=4a﹣m,
所以5m=4a﹣m,m,
则在Rt△F1BF2中,|BF1|,|BF2|,|F1F2|=2c,
所以4c2,即c2,所以双曲线的离心率e.
故选:B.
【点评】本题主要考查双曲线的光学性质和求双曲线的离心率,属于中档题.
3.已知O为坐标原点,双曲线C的右焦点为F,左顶点为A,过F作C的一条渐近线的垂线,垂足为P.若,则C的离心率为( )
A. B. C.2 D.
【考点】求双曲线的离心率.
【专题】转化思想;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;运算求解.
【答案】C
【分析】利用点到直线的距离公式可得|PF|=b,结合a,b,c的关系得到|PO|=a,在△PAO中利用余弦定理求得,进而得到,根据渐近线的斜率即可得到结果.
【解答】解:根据题意可知,A(﹣a,0),F(c,0),双曲线的渐近线方程为,
过F作C的一条渐近线的垂线,垂足为P,
如图,设点P在直线上,
即点P在直线bx﹣ay=0上,则,
在直角△POF中,|PF|=b,|OF|=c,
所以,故,
在△PAO中,cos∠POA,
所以,
所以,故椭圆C的离心率.
故选:C.
【点评】本题考查了椭圆的性质,属于基础题.
4.已知直线l:2x+3y=0与双曲线C无公共交点,则C的离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
【考点】双曲线的几何特征;直线与双曲线的综合.
【专题】对应思想;分析法;圆锥曲线的定义、性质与方程;逻辑思维;运算求解.
【答案】D
【分析】由题意,根据直线与双曲线无交点,结合直线与渐近线之间的关系以及离心率公式,列出等式进行求解即可.
【解答】解:因为双曲线C的一条渐近线方程为,
若直线2x+3y=0与双曲线C无交点,
此时,
即,
所以e,
因为c>1,
所以双曲线C的离心率的取值范围为.
故选:D.
【点评】本题考查双曲线的性质,考查了逻辑推理和运算能力.
5.双曲线C:1(a>0,b>0)的左、右焦点为F1,F2,过F1的直线与C的左支交于P,Q两点,若|PF2|=|F1F2|,且5,则双曲线的离心率为( )
A. B. C. D.2
【考点】求双曲线的离心率.
【专题】对应思想;定义法;圆锥曲线的定义、性质与方程;运算求解.
【答案】A
【分析】根据题意,由双曲线的定义分别得到|PF1|,|QF1|,|QF2|,再由cos∠PF1F2=﹣cos∠QF1F2,结合余弦定理代入计算,化为e的齐次式,即可得到结果.
【解答】解:双曲线C:1(a>0,b>0)的左、右焦点为F1,F2,
过F1的直线与C的左支交于P,Q两点,若|PF2|=|F1F2|,
且5因为|PF2|=|F1F2|=2c,故|PF1|=|PF2|﹣2a=2c﹣2a=2(c﹣a),
且5|PF1|=3|QF1|,故,故,
根据余弦定理,
,且cos∠PF1F2=﹣cos∠QF1F2,
代入计算可得,
化简可得3a2+2c2﹣5ac=0,即2e2﹣5e+3=0,解得或e=1(舍去).
故选:A.
【点评】本题考查双曲线的几何性质,属于中档题.
二.多选题(共4小题)
(多选)6.记双曲线的左、右焦点分别为F1,F2.若F2(2,0),以F1为圆心、4为半径的圆与E的右支交于P,Q两点,点M为E上一点,满足F1M⊥F2M,则( )
A.离心率e=2 B.△MF1F2的面积为
C.|MP|﹣|MQ|<4 D.
【考点】直线与双曲线的综合.
【专题】计算题;整体思想;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;运算求解.
【答案】ACD
【分析】根据条件,先求出E的方程为,对A,直接法求出离心率即可;对B,根据双曲线的定义,令|MF1|=t,|MF2|=t+2,结合条件可得t(t+2)=6,再求出△MF1F2的面积,即可求解;对C,联立圆与双曲线的方程,直接求出P,Q的坐标,再利用三角形的性质,即可求解;对D,根据条件,利用余弦定理,即可求解.
【解答】解:由题意得,a2+3=22,解得a=1,因此E的方程为,
对于A选项,因为E的方程为,因此,所以双曲线E的离心率为,因此A选项正确;
对于B选项,由双曲线定义可知,不妨令|MF1|=t,|MF2|=t+2,而|F1F2|=4,
因此,即t2+(t+2)2=16,整理得到t(t+2)=6,
所以△MF1F2的面积,因此B选项错误;
对于C选项,易知圆F1的方程为(x+2)2+y2=16,联立,
消y得4x2+4x﹣15=0,解得(舍去)或,
代入,可得,
不妨令P在第一象限,则,,显然.
由B选项可知M与P,Q不重合,而在△MPQ中,|MP|﹣|MQ|<|PQ|<4,因此C选项正确;
对于D选项,因为|PF1|=|QF1|=4,
在△PF1Q中,由余弦定理可得,因此D选项正确.
故选:ACD.
【点评】本题考查直线与双曲线的综合,属于中档题.
(多选)7.已知曲线C的方程为,则( )
A.若曲线C表示圆,则m=1
B.若曲线C表示椭圆,则0<m<2
C.若曲线C表示双曲线,则m>2
D.若曲线C表示焦点在y轴上的双曲线,则m<0
【考点】双曲线的标准方程;椭圆的标准方程.
【专题】对应思想;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;运算求解.
【答案】AD
【分析】由椭圆、双曲线、圆的方程列式求解判断即得.
【解答】解:对于A,若曲线表示圆,则有m=2﹣m>0,解得m=1,故A正确;
对于B,若曲线表示椭圆,则有,解得0<m<2且m≠1,故B错误;
对于C,若曲线表示双曲线,则有m(2﹣m)<0,解得m<0或m>2,故C错误;
若曲线C表示焦点在y轴上的双曲线,则,解得m<0,故D正确.
故选:AD.
【点评】本题考查椭圆、双曲线、圆的定义与标准方程,属于基础题.
(多选)8.已知双曲线的左、右焦点分别为F1,F2,P是C上一点,且|PF1|=4,|PF2|=2,则( )
A.m=1 B.C的离心率为
C.△F1PF2的面积为 D.∠F1PF2=60°
【考点】双曲线的焦点三角形;双曲线的几何特征.
【专题】整体思想;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;运算求解.
【答案】ACD
【分析】由双曲线的性质,结合双曲线的定义逐一判断即可得解.
【解答】解:已知双曲线的左、右焦点分别为F1,F2,
又P是C上一点,且|PF1|=4,|PF2|=2,
则,
解得m=1,
故A正确;
双曲线,
所以,
则C的离心率,
故B错误;
因为,
所以∠PF2F1=90°,
则△F1PF2的面积为,
故C正确;
又,
所以∠F1PF2=60°,
故D正确.
故选:ACD.
【点评】本题考查了双曲线的性质,重点考查了双曲线的定义,属中档题.
(多选)9.已知双曲线C过点且渐近线方程为,则下列结论正确的是( )
A.双曲线C的方程为
B.双曲线C的离心率为
C.曲线y=ex﹣2﹣1经过双曲线C的一个焦点
D.焦点到渐近线的距离为1
【考点】双曲线的几何特征.
【专题】计算题;转化思想;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;运算求解.
【答案】ACD
【分析】由双曲线的渐近线为,设出双曲线方程,代入已知点的坐标,求出双曲线方程判断A;再求出双曲线的焦点坐标判断B,C;求出焦点到渐近线的距离,判断D.
【解答】解:由双曲线的渐近线方程为,可设双曲线方程为,
把点代入,得2=λ,即λ=1.
∴双曲线C的方程为,故A正确;
由a2=3,b2=1,得c2,
∴双曲线C的离心率为,故B错误;
取x+2=0,得x=﹣2,y=0,曲线y=ex+2﹣1过定点(﹣2,0),故C正确;
双曲线的焦点坐标(±2,0),焦点到渐近线x0的距离为1,故D正确.
故选:ACD.
【点评】本题考查命题的真假判断与应用,考查双曲线方程的求法,考查双曲线的简单性质,是中档题
三.填空题(共4小题)
10.已知过双曲线上一点p(x0,y0)的切线方程,若M(x0,y0)为双曲线x2﹣y2=4上的动点,x0>0,y0≥0,直线l1:x0x﹣y0y=4与双曲线的两条渐近线交于P,Q两点(点P在第一象限),R与Q在同一条渐近线上,则的最小值为 ﹣2 .
【考点】直线与双曲线的综合.
【专题】方程思想;定义法;圆锥曲线的定义、性质与方程;逻辑思维.
【答案】﹣2.
【分析】由题意易得l1是双曲线x2﹣y2=4的切线,切点为M(x0,y0),线段PQ的中点为M(x0,y0),再根据平面向量的数量积的运算律可得,结合双曲线的性质即可得解.
【解答】解:由于M(x0,y0)为x2﹣y2=4上的动点,
因此,那么可得,其中x0≥2,
根据题意,l1是x2﹣y2=4的切线,切点为M(x0,y0),
而双曲线x2﹣y2=4的渐近线为y=±x,那么OP⊥OQ,
联立,解得,
所以P(x0+y0,x0+y0),
联立,解得,
因此Q(x0﹣y0,﹣x0+y0),
因此PQ的中点为M(x0,y0),
那么
(当且仅当MR⊥OQ时取等号),
根据题意可得PQ的斜率不存在或大于零,
因此,当且仅当M为右顶点时取等号,
因此可得,
因此的最小值为﹣2.
故答案为:﹣2.
【点评】本题考查直线与双曲线的综合应用,属于中档题.
11.已知双曲线的左右顶点分别为A、B,点P是圆O:x2+y2=8上不同于A、B两点的一动点,直线PB与双曲线交于点Q,若直线PA斜率的取值范围是[4,5],则QA的斜率的取值范围是 .
【考点】直线与双曲线的综合.
【专题】方程思想;转化思想;综合法;圆锥曲线中的最值与范围问题;运算求解.
【答案】.
【分析】设P点坐标为,表示出直线PA的斜率,进而表示出直线PB的斜率,写出直线PB的方程,并与双曲线的方程联立,表示出点Q的坐标,即可表示出直线QA的斜率,再结合直线PA的斜率范围即可求解.
【解答】解:因为双曲线的方程为,则左顶点为、右顶点为,
圆O的方程为x2+y2=8,则其半径为,故AB为圆的直径,
因为点P在圆x2+y2=8上(非A、B),所以∠APB=90°,则设P点坐标为,
则PA的斜率为:(t∈[4,5]).
因为直线PB过,斜率为,
所以直线PB的方程为,即.
联立,消去x得,
解得y=0(对应B点)或,故Q点纵坐标为,
横坐标为,
所以,
因为t∈[4,5],故.
故答案为:.
【点评】本题考查了直线、圆与双曲线的综合,考查了方程思想及转化思想,属于中档题.
12.已知F1为双曲线的左焦点,P是双曲线右支上一点,线段PF1与以该双曲线实轴为直径的圆相切于线段PF1的中点,则该双曲线的离心率为 .
【考点】双曲线的几何特征.
【专题】计算题;转化思想;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;运算求解.
【答案】.
【分析】运用中位线定理,可得OM∥PF2,|OM||PF2|,再由双曲线的定义,以及直线和圆相切的性质,运用勾股定理和离心率公式,即可得到.
【解答】解:设F2为双曲线的右焦点,记切点为M,则OM⊥PF1,
可知M是PF1的中点,则OM∥PF2,
,则|PF1|=2b,|PF2|=2a,
故,
故答案为:.
【点评】本题考查双曲线的定义和性质,考查离心率的求法,考查直线和圆相切的条件,以及中位线定理和勾股定理的运用,考查运算能力,属于中档题.
13.已知双曲线C:1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过左焦点F1的直线与双曲线C的左支相交于P,Q两点,|PQ|=|PF2|,且cos∠QPF2,则双曲线C的离心率为 .
【考点】求双曲线的离心率.
【专题】数形结合;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;逻辑思维.
【答案】.
【分析】根据题意画出图象,再利用双曲线的定义和余弦定理对离心率进行求解.
【解答】解:根据题意作图如下:
设|PF1|=m,则根据双曲线的定义,|PF2|=m+2a,
因为|PQ|=|PF2|,所以|F1Q|=2a,则|F2Q|=4a,
在三角形PF2Q中,由余弦定理,有|PQ|22|PQ||PF2|cos∠QPF2,
即16a2=(m+2a)2+(m+2a)2﹣2(m+2a)(m+2a),解得m=a,
所以|PF1|=a,|PF2|=3a,|F1F2|=2c,由余弦定理,
有2|PF1||PF2|cos∠QPF2,
解得7a2=2c2,所以离心率e.
故答案为:.
【点评】本题主要考查双曲线的定义和离心率,属于中档题.
四.解答题(共2小题)
14.已知双曲线C,左、右焦点分别为F1、F2,两条渐近线为,且经过点.
(1)求双曲线C的方程;
(2)设过原点的直线l与C交于M、N两点且点M在第一象限,
(i)若直线MF2与直线NF2互相垂直,求点M的坐标.
(ii)连接NF2与双曲线C交于点E,若△EMN面积为,求直线NF2的方程.
【考点】直线与双曲线的综合.
【专题】计算题;整体思想;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;运算求解.
【答案】(1);
(2)(i);(iì)x﹣y﹣2=0.
【分析】(1)由已知条件可得出关于a、b的方程组,解出这两个量的值,即可得出双曲线C的方程;
(2)(i)设点M(x0,y0),点M在以原点为圆心,以2为半径的圆上,可得出,再由点M在双曲线C上,结合点M在第一象限可求得点M的坐标;
(ii)设直线NE的方程为x=my+2,设点E(x1,y1)、N(x2,y2),将该直线方程与双曲线C的方程联立,列出韦达定理,根据S△MEN=S△NEF结合三角形面积公式、韦达定理可求得m的值,即可得出直线NF2的方程.
【解答】解:(1)由双曲线C的两条渐近线方程为,得,即,
又因为双曲线C经过点,得,解得a=1,,
所以双曲线C的方程为;
(2)(i)由题意知,点M在以原点为圆心,以2为半径的圆上,
设点M(x0,y0),则,
又因为点M在双曲线C上,联立,可得,
又因为点M在第一象限,所以;
(ii)设直线NE的方程为x=my+2,设点E(x1,y1)、N(x2,y2),
联立,可得(3m2﹣1)y2+12my+9=0,
由题意可得,
由双曲线的对称性可知MF1∥NF2,
,解得m2=1或(舍去),
因为,所以3m2﹣1>0满足题意,
由图可知m>0,所以,直线NF2的方程为x﹣y﹣2=0.
【点评】本题考查直线与双曲线的综合,属于难题.
15.在平面内,若直线l将多边形分为两部分,多边形在l两侧的顶点到直线l的距离之和相等,则称l为多边形的一条“等线”,已知O为坐标原点,双曲线的左、右焦点分别为F1,F2,双曲线E的离心率为2,点P为E右支上一动点,直线m与双曲线E相切于点P,且与E的渐近线交于A,B两点,当点P在第四象限且PF2⊥x轴时,直线y=﹣1为△PF1F2的等线.
(1)求双曲线E的标准方程;
(2)若是四边形AF1BF2的等线,求四边形AF1BF2的面积;
(3)设,点G的轨迹为曲线Γ,证明:F在点G处的切线n为△AF1F2的等线.
【考点】直线与双曲线的综合;根据双曲线的几何特征求标准方程.
【专题】对应思想;综合法;圆锥曲线的定义、性质与方程;圆锥曲线中的最值与范围问题;逻辑思维;运算求解;新定义类.
【答案】(1);
(2)8;
(3)证明:设G(x,y),由,所以x0=3x,y0=3y,
又,所以,即9x2﹣3y2=1(x>0),
故曲线T的方程为9x2﹣3y2=1(x>0),
由(*)知切线n为,
即,即3x0x﹣y0y﹣1=0,
易知A与F2在n的右侧,F1在n的左侧,分别记F1,F2,A到n的距离为d1,d2,d3,
由(2)知,
则,
由x0≥1得,
因为,
所以直线n为△AF1F2的等线.
【分析】(1)利用已知等量关系建立方程,求解各个元素,得到双曲线方程即可;
(2)利用给定定义,求解关键点的坐标,最后得到四边形面积即可;
(3)利用给定条件和新定义证明即可.
【解答】解:(1)由题意知,F1(﹣c,0),F2(c,0),
显然点P在直线y=﹣1的下方,又直线y=﹣1为△PF1F2的等线,
所以,又,c2=a2+b2,
解得:,
所以E的方程为;
(2)设P(x0,y0),切线m:y﹣y0=k(x﹣x0),代入,
得,
故,
该式可以看作关于k的一元二次方程,方程仅一个根,
所以,
即m的方程为,
当m的斜率不存在时,也成立,
渐近线方程为,不妨设A在B上方,
联立得,
故,
所以P是线段AB的中点,因为F1,F2到过O的直线距离相等,
则过O点的等线必定满足:A,B到该等线距离相等,且分居两侧,
所以该等线必过点P,即OP的方程为,
由,解得,故,
所以,
,
所以|yA﹣yB|=4,
所以;
(3)证明:设G(x,y),由,所以x0=3x,y0=3y,
又,所以,即9x2﹣3y2=1(x>0),
故曲线T的方程为9x2﹣3y2=1(x>0),
由(*)知切线n为,
即,即3x0x﹣y0y﹣1=0,
易知A与F2在n的右侧,F1在n的左侧,分别记F1,F2,A到n的距离为d1,d2,d3,
由(2)知,
则,
由x0≥1得,
因为,
所以直线n为△AF1F2的等线.
【点评】本题考查了新定义下双曲线的性质,直线与双曲线位置关系,属于难题.
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