3、双曲线的几何性质(对
进行讨论)
(1)范围:
,
.
(2)对称性:对称轴方程为 ;对称中心为 .
(3)顶点坐标为 ,焦点坐标为 ,实轴长为 ,虚轴长为 ,准线方程为 ,渐近线方程为 .
(4)离心率
= ,且
,
越大,双曲线开口越 ,
越小,双曲线开口越 ,焦准距P=
.
(5)焦半径公式,设F1,F2分别是双曲线的左、右焦点,若
是双曲线右支上任意一点,
,
,若
是双曲线左支上任意一点,
,
.
(6)具有相同渐近线
的双曲线系方程为
(7) 的双曲线叫等轴双曲线,等轴双曲线的渐近线为 ,离心率为 .
(8)
的共轭双曲线方程为
.
[典型例题]
例1、根据下列条件,写出双曲线的标准方程
(1)中心在原点,一个顶点是(0,6),且离心率是1.5.
(2)与双曲线x2-2y2=2有公共渐近线,且过点M(2,-2).
(3)已知双曲线的渐近线方程为
,且过点(2,-6),求双曲线的方程;
(4)已知双曲线的右准线为x=4,右焦点为F(10,0),离心率为e=2,求双曲线的方程.
解:(1)∵顶点为(0,6),设所求双曲线方程为
∴![]()
又∵
∴![]()
故所求的双曲线方程为![]()
(2)令与双曲线x2-2y2=2有公共渐近线的双曲线为x2-2y2=k
∵ 双曲线过M(2,-2)
∴ 4-2×4=k 得k=-4
∴ x2-2y2=-4即![]()
(3)设![]()
(4)![]()
例2、
中,固定底边BC,让顶点A移动,已知
,且
,求顶点A的轨迹方程.
答案:![]()
例3、可以证明函数
(b≠0)的图象是双曲线,试问双曲线C:
的离心率e等于 .
答案:
(提示:
)
解:列表如下:
|
x |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
y´ |
+ |
0 |
- |
|
- |
0 |
+ |
|
y |
|
极大 值-2 |
|
无意 义 |
|
极小值2 |
|
根据上表,可作出
的草图如下:
![]()
渐近线有两条,一条为y轴,另一条可设为y=kx.由渐近线的意义知:设P(x,y)为双曲线
上任一点,则点P到渐近线y=kx的距离为
d=
=![]()
显然:![]()
∴
即![]()
故双曲线的离心率
.
例4、直线l:y=kx+1与双曲线C:2x2-y2=1的右支交于不同的两点A、B.
(1)求实数k的取值范围;
(2)是否存在实数k,使得以线段AB为直径的圆经过双曲线C的右焦点F?若存在,求出k的值;若不存在,说明理由.
解:(1)将y=kx+1代入2x2-y2=1后并整理得:(k2-2)x2+2kx+2=0 ①
依题意有:![]()
-2<k<-![]()
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),则由①得:x1+x2=
,x1x2=
②
假设存在实数k,使得以线段AB为直径的圆经过双曲线C的右焦点F(c,0),则FA⊥FB,因此
=0
即(x1-c)(x2-c)+y1y2=0 又y1=kx1+1,y2=kx2+1
∴(k2+1)x1x2+(k-c)(x1+x2)+c2+1=0 ③
把②及c=
代入③得:5k2+
k-6=0
解得:k=-
∈(-2,-
)
或k=![]()
(-2,-
)(舍去)
因此当k=-
时,符合题给要求.
例5、在双曲线
的一支上有不同的三点A(x1,y1),B(x2,6),C(x3,y3)与焦点F(0,5)的距离成等差数列.
(1)求y1+y3;
(2)求证:线段AC的垂直平分线经过某一定点,并求出这个定点的坐标.
解:(1)依题意,A、B、C均在双曲线的上支,则|AF|=ey1-
, |BF|=6e-
, |CF|=ey3-![]()
∵|AF|,|BF|,|CF|成AP
∴6e-
=
即y1+y3=12
(2)∵A、C在双曲线上
∴
,![]()
两式相减得:![]()
于是AC的垂直平分线方程为:
y-6=-![]()
即y=-
x+![]()
故直线恒过定点(0,
)
例6、一双曲线以y轴为其右准线,它的右支过点M(1,2), 且它的虚半轴、实半轴、半焦距长依次构成一等差数列试求:
(1)双曲线的离心率;
(2)双曲线的右焦点F的轨迹方程;
(3)过点M,F的弦的另一端点Q的轨迹方程
解:(1)依题意,2a=b+c, ∴b2=(2a-c)2 = c2-a2, 5a2-4ac=0,
两边同除以a2,得
;
(2)设双曲线的右焦点F(x,y), 由双曲线的定义,点M到右焦点的距离与点M到准线的距离之比为e=
,
∴
=
,
∴F的轨迹方程为(x-1)2+(y-2)2=![]()
(3)设Q(x,y), 点Q到右焦点的距离与点Q到准线的距离之比为5/4,
∴|QF|=
,
又设点F(x1,y1), 则点F分线段QA的比为
=
:
= x
,
∴x1=
=
, y1=
=
,
代入(x1-1)2+(y1-2)2=
整理得:
点Q的轨迹方程为 9x2-16y2+82x+64y-55=0
例7、若
、
为双曲线
的左右焦点,O为坐标原点,P在双曲线左支,
在右准线上,且满足
,![]()
(1)求双曲线离心率;
(2)若双曲线过点N(2,
),它的虚轴端点为
,
(
在
轴正半轴上)过
作直线
与双曲线交于A、B两点,当
⊥
时,求直线
的方程。
(1)解:由
得点P在∠MOF1的角平分线上。且
,
得四边形OMPF1为菱形。PM=OM=c,得![]()
![]()
(2)由(1)知双曲线方程可设为:
将点N(2,
)代入得双曲线方程为
。
将其与直线
联立消去y得:![]()
设
,当
⊥
时得,
。
故所求直线l的方程为:![]()
例8、已知动点P与双曲线
的两个焦点F1、F2的距离之和为定值,且cos∠F1PF2的最小值为-
.
(1)求动点P的轨迹方程;
(2)若已知点D(0,3),点M、N在动点p的轨迹上且
,求实数
的取值范围.
解:(1)由题意得:C2=5
设|PF1|+|PF2|=2a (a>
)
则由余弦定理有:
cos∠F1PF2=![]()
![]()
又|PF1|·|PF2|≤![]()
当且仅当|PF1|=|PF2|时,|PF1|·|PF2|取最大值.
此时,cos∠F1PF2取得最小值![]()
令![]()
又c=
∴b2=4
故所求P的轨迹方程为![]()
(2)设N(s,t),M(x,y)则由![]()
可得:(x,y-3)=
(s,t-3)
故![]()
∵M、N在动点P的轨迹上.
∴
且![]()
![]()
![]()
![]()
又由| t |≤2 得:![]()
![]()
![]()
例9、已知等轴双曲线C:
上一定点P(
)及曲线C点上两个动点A、B,满足![]()
(1)M、N分别为PA、PB中点,求证:
(O为坐标原点);
(2)求|AB|的最小值及此时A点坐标.
![]()
(1)证明:设
,AP、BP中点分别M、N则
,∴![]()
同理![]()
∵
,则![]()
![]()
∴
,则![]()
(2)解:∵
,易知O、M、N、P四点共圆,且MN为圆的直径,OP为圆之一弦,故|MN|≥|OP|,又AB=2MN,AB∥MN
∴| AB |≥2| OP |=![]()
所求|AB|的最小值为![]()
此时| MN |=| OP |=
,则ONPM为矩形
从而OM⊥AP,且M为AP中点,则O在AP的中垂线上,由
,则![]()
故A点为
或![]()
小结归纳: