前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇雙曲線的定義范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發現更多的寫作思路和靈感。
1 找出已知橢圓的對稱軸、頂點和焦點
步驟如下:
圖1
1.利用文[1]的方法找到橢圓的中心O;
2.如圖1,在橢圓上任找一點A(不是橢圓的
頂點),以O為圓心,OA為半徑作圓,該圓與橢圓
的其余三個交點分別為B、C、D;
3.連接AB、AD,過點O分別作AB、AD的
平行線,得到直線l1、l2,則直線l1、l2就是橢圓的
兩條對稱軸;
4.直線l1與橢圓交于E、F兩點,直線l2與橢圓交于G、H兩點,則E、F、G、H是橢圓的四個頂點;
5.比較OE與OG的大小,若OE>OG,則EF是長軸,GH是短軸;若OE<OG,則EF是短軸,GH是長軸(圖1中OE<OG,所以EF是短軸,GH是長軸);
6.以E為圓心,OG為半徑作圓,與直線l2交于F1、F2兩點,則F1、F2就是橢圓的兩個焦點.
備注 若點A恰好是橢圓的頂點,則該圓與橢圓只有兩個交點(其中一個是點A),此時,可對點A進行調整,使得點A不是橢圓的頂點.
下面給出該作法的證明.
證明 如圖1,不妨設橢圓的方程為x2a2+y2b2=1(a>b>0),點A的坐標為x0,y0,其中x0≠±a且x0≠0,于是圓的方程為x2+y2=x20+y20.由于橢圓和圓都關于x軸、y軸、原點對稱,所以點B、C的坐標分別為x0,-y0、-x0,-y0,于是直線AB、AD的方程分別為x=x0、y=y0,所以直線l1、l2的方程分別為x=0、y=0,所以直線l1、l2就是橢圓的兩條對稱軸.
因為OE=b,EF1=a,所以OF1=EF12-OE2=a2-b2=c,同理,OF2=c,于是F1、F2是橢圓的兩個焦點.
2 找出已知雙曲線的對稱軸、頂點和焦點
步驟如下:
圖2
1.利用文[2]的方法找到雙曲線的中心O;
2.如圖2,在雙曲線上任找一點A(不是雙曲線的
頂點),以O為圓心,OA為半徑作圓,該圓與雙曲線
的其余三個交點分別為B、C、D;
3.連接AB、AD,過點O分別作AB、AD的平
行線,得到直線l1、l2,則直線l1、l2就是雙曲線的兩條對稱軸;
4.直線l2與雙曲線交于E、F兩點,則E、F是雙曲線的兩個頂點;
5.以O為圓心,OE為半徑作圓C1;
6.過點D,利用文[3]的方法作雙曲線的切線l3,與C1交于點G;
7.過點G作l3的垂線,交l2于點F2,作點F2關于直線l1的對稱點F1,則點F1、F2就是雙曲線的兩個焦點.
備注 若點A恰好是雙曲線的頂點,則以O為圓心,OA為半徑的圓與雙曲線只有兩個交點(其中一個是點A),此時,可對點A進行調整,使得點A不是雙曲線的頂點.
關于雙曲線的頂點、對稱軸的證明方法與橢圓的證明類似,此處不再贅述.下面證明F1、F2是雙曲線的兩個焦點.
證明 如圖2,不妨設雙曲線的方程為x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),點D的坐標為x0,y0,其中x0≠±a,點G的坐標為m,n.
因為點D在雙曲線上,所以x20a2-y20b2=1,即
x20=a2+a2y20b2………①.
點G在圓C1上,所以m2+n2=a2………②.
切線l3的方程為x0xa2-y0yb2=1,而點G在l3上,所以mx0a2-ny0b2=1,即b2mx0-a2ny0=a2b2,兩邊平方,化簡可得
2mnx0y0a2b2=b4m2x20+a4n2y20-a4b4………③.
因為GF2l3,所以直線GF2的斜率為-a2y0b2x0,所以直線GF2的方程為y-n=-a2y0b2x0x-m,令y=0,可得點F2的橫坐標為xF2=b2nx0+a2my0a2y0,平方可得x2F2=b4n2x20+a4m2y20+2mnx0y0a2b2a4y20,將③式代入該式子,可得
x2F2=b4n2x20+a4m2y20+b4m2x20+a4n2y20-a4b4a4y20=b4m2+n2x20+a4m2+n2y20-a4b4a4y20.
將②式代入,可得
x2F2=a2b4x20+a6y20-a4b4a4y20.
將①式代入,可得
x2F2=a2b4a2+a2y20b2+a6y20-a4b4a4y20
=a4b4+a4b2y20+a6y20-a4b4a4y20
=a4b2y20+a6y20a4y20
=
a2+b2=c2,所以xF2=c,于是點F2是雙曲線的右焦點,從而點F1是雙曲線的左焦點.
3 找出已知拋物線的焦點
步驟如下:
1.利用文[2]的方法找到拋物線的頂點O和對稱軸l;
2.如圖3,在拋物線上任找一點A(不是拋物線的頂
點),過A作ABl于點B,作點B關于頂點O的對稱點
C,連接AC;
3.過點A作ADAC,交對稱軸l于點D;
4.取CD中點為F,則點F就是拋物線的焦點.
下面給出該作法的證明.
圖3
證明 不妨設拋物線的方程為y2=2px(p>0),點A的坐標為x0,y0,其中x0≠0,則點B的坐標為x0,0,點C的坐標為-x0,0.于是直線AC的斜率為y0-0x0--x0=y02x0,直線AD的方程為y-y0=-2x0y0x-x0.令y=0,可得x=x0+p,所以點D的坐標為x0+p,0,所以CD中點F的坐標為p2,0,所以點F就是拋物線的焦點.
參考文獻
[1] 張偉.使用幾何畫板如何找出已知橢圓的中心[J].中學數學雜志,2014(7):23.
[2] 黃偉亮.使用幾何畫板找出雙曲線的中心和拋物線的焦點[J] .中學數學雜志,2015(3):65.
【關鍵詞】易錯點;限制條件;焦點位置;隱含條件;一個公共點的特殊情況
在學習新教材選修2-1中的圓錐曲線內容時,學生感覺還是比較困難,通過對學生的調查了解,主要有兩個方面的問題,一是此部分涉及的計算量比較大;二是有許多易錯的地方會使學生不小心掉入陷阱。對于第一個問題,大家的共識是只有做題時養成不“跳步”的習慣、計算時能注意掌握一些解題技巧,就可以解決;對于第二個問題,大家感覺還是比較頭疼。為了更好的幫助大家解決這個問題,我們進行了如下的歸納和總結。
一、在對橢圓的學習中,要注意以下易錯點:
1、注意橢圓定義的限制條件。
問題1.若方程表示橢圓,求實數k的取值范圍。
錯解:實數k的取值范圍是(5,7)。
正解:且,實數k的取值范圍是。
分析:此題要考察的是對橢圓的標準方程的理解,錯解中忽略了橢圓的標準方程中的限制條件:a>b>0, 因為當a=b>0是方程表示圓,而不是橢圓。可見,準確的理解橢圓的定義,注意定義中的限制條件,對于避免和減少解題過程的失誤,保證解題的正確性很重要。
2、注意橢圓焦點位置的討論。
問題2.已知橢圓的標準方程為并且焦距為6,求實數m的值。
錯解:由橢圓的標準方程知
,
。
正解:
1)當橢圓的焦點在x軸上時,由橢圓的標準方程知
,
;
2)當橢圓的焦點在y軸上時,由橢圓的標準方程知,,,又;故或。
分析:當橢圓的焦點位置不確定時,求橢圓的標準方程需要進行分類討論,而錯解中忽略了對橢圓的焦點位置的討論。可見,涉及圓錐曲線方程的問題,如果沒有指明焦點所在的位置,一般都會有兩種可能的情況,不能順著思維的定式,想當然地認為焦點在x軸上或y軸上去求解。
3、注意橢圓的范圍的討論。
問題3.設橢圓的中心是坐標原點,長軸在x軸上,離心率,已知點到橢圓的最遠距離是,求橢圓的標準方程。
錯解:設橢圓方程為
,
則,,
即.設橢圓上的點到P點距離為d,
則
.
當時,有最大值,從而也有最大值,
,
所求橢圓的標準方程為.
正解:設橢圓方程為,
則,,
即.設橢圓上的點到P點距離為d,
則
.
若,則當時,有最大值,從而d有最大值,于是,從而解得與矛盾。
必有,此時當時,有最大值,從而d也有最大值,,所求橢圓的標準方程為.
分析:在錯解中“當時,有最大值”這一步的推理有問題,沒有考慮橢圓方程中的取值范圍。仔細思考,由于點在橢圓上,所以有,因此在求的最大值時,要分類討論。
二、在對雙曲線的學習中,要注意以下易錯點:
1.注意雙曲線定義的限制條件。
問題1.已知,,動點P滿足,當a為3和5時,P點的軌跡分別是( )
A.雙曲線和一條直線;B. 雙曲線和一條射線;C.雙曲線的一支和一條直線;D.雙曲線的一支和一條射線;
錯解:10,當時,,故P點的軌跡為雙曲線;當時,10,故P點的軌跡為一條射線。故選B.
正解:,而不是,當時,,故P點的軌跡為雙曲線的一支;當時,10,故P點的軌跡為一條射線。故選D.
分析:錯解中忽略了雙曲線定義中的限制條件是“差的絕對值”,因此,當時,P點的軌跡為雙曲線的右支。大家解題時要注意:當,即時,P點的軌跡是雙曲線,其中,取正號時為雙曲線的右(上)支,取負號時為雙曲線的左(下)支;當時,P點的軌跡是分別以點或為端點的兩條射線;當時,P點的軌跡不存在。
注意方程表示雙曲線的條件問題。
問題2.若方程表示雙曲線,求實數m的取值范圍。
錯解:。
正解:或
分析:錯解中只考慮了雙曲線焦點在x軸的情況,忽略了焦點在y軸的情況,與橢圓中類似,在不確定焦點位置時,需要分類討論。
3、注意雙曲線中的隱含條件問題。
問題3.已知P是雙曲線上一點,,是雙曲線的左右焦點,且,求的值。
錯解:,
且,.
正解:10由雙曲線的圖形可得點P到右焦點的距離.又,且,(舍去)或.
分析:錯解中忽略了雙曲線中的一個隱含條件,即雙曲線上的點到任一焦點的距離都大于等于,從而兩解中要舍去不滿足要求的那個。這是許多學生解題中容易出錯的地方。
4、注意雙曲線的焦點位置的討論。
問題4.已知雙曲線的漸近線方程是,焦距為,求雙曲線的標準方程。
錯解:雙曲線標準方程為:。
正解:1)當雙曲線的焦點在x軸上時,
雙曲線標準方程為:;
2)當雙曲線的焦點在x軸上時,
雙曲線標準方程為:;
故所求雙曲線的標準方程為:或
分析:這里錯解的原因還是沒有弄清雙曲線的焦點在哪個軸上,需要注意的是:當焦點在x軸上時,
漸近線方程為:;當焦點在y軸上時,
漸近線方程為:。
5、注意直線與雙曲線有一個公共點的特殊情況。
問題5:已知過點P(1,1)的直線與雙曲線只有一個公共點,求直線的斜率的取值。
錯解:由題意,則:,
有:
。
正解:由題意,則:,
有:
若,此時,直線與雙曲線的漸近線平行,直線與雙曲線只有一個公共點;
若,則
綜上可知,直線的斜率為。
分析:錯解的原因是忽略了直線與雙曲線的漸近線平行時,也是直線和雙曲線只有一個公共點的情況;從方程解的情況來看,也沒有注意當形如二次方程時若二次項系數不確定時,需要進一步的討論。
在對拋物線的學習中,要注意以下易錯點:
1、注意拋物線定義中的限制條件。
問題1.已知點P到的距離與到直線的距離相等,求點P的軌跡方程。
錯解:由拋物線定義知,點P的軌跡為拋物線。焦點在x軸上,開口向右,焦點到準線的距離,拋物線的方程為.
正解:設點,
依題意有:,此為所求的軌跡方程。
分析:點P到的距離與到直線的距離相等,的確滿足拋物線的定義,但是,故此時拋物線的方程不可能是標準方程。這里,要特別注意分析定點和定直線是否處于軸的對稱的兩側,若是,則很可能是標準方程;否則,應該用求軌跡方程的定義法來求解。
2、注意弄清拋物線中的字母位置和意義。
問題2.若拋物線的準線方程是,求的值。
錯解:準線方程為,.
正解:由.
分析:這里主要的錯因是:沒有正確的理解拋物線標準方程的形式,應該是等式左端為二次項且系數為1,等式的右端為一次項。大家解題時一定要注意。
注意直線與拋物線有一個公共點的特殊情況。
問題3.求過定點,且與拋物線只有一個公共點的直線的方程。
錯解:1)當直線的斜率不存在時,不滿足題意;
當直線的斜率存在時,設直線的方程為:
有,
依題意,,故所求直線的方程為:
或。
正解:1)當直線的斜率不存在時,不滿足題意;
當直線的斜率存在時,
當時,則所求直線方程為:,此時直線與拋物線只有一個公共點;
當時,設直線的方程為:
有,
依題意,,故所求直線的方程為:
或或。
分析:在解題中,考慮直線與拋物線只有一個交點時,一般要注意三種情況:一是當直線的斜率不存在時;二是當直線與拋物線的對稱軸平行時;三是當直線與拋物線相切的情況。
總之,在學習圓錐曲線時,要注意以上這些誤區,少走彎路,突破易錯點,減少失誤!
雙曲線的通徑是過焦點,垂直于實軸的弦,通徑有兩條,長為2b2/a。
雙曲線的定義為平面交截直角圓錐的兩半的一類圓錐曲線。它還可以定義為與兩個固定的點(叫做焦點)的距離差是常數的點的軌跡。這個固定的距離差是a的兩倍,這里的a是從雙曲線的中心到雙曲線最近的分支的頂點的距離。
a還叫做雙曲線的實半軸。焦點位于貫穿軸上,它們的中間點叫做中心,中心一般位于原點處。平面內,到給定一點及一直線的距離之比為常數e(e=c/a(e>1),即為雙曲線的離心率)的點的軌跡稱為雙曲線。定點叫雙曲線的焦點,定直線叫雙曲線的準線。雙曲線準線的方程為x=±a2/c(焦點在x軸上)或y=±a2/c(焦點在y軸上)。
(來源:文章屋網 )
例1 某中心接到其正東、正西、正北方向三個觀測點的報告:正西、正北兩個觀測點同時聽到了一聲巨響,正東觀測點聽到的時間比其它兩個觀測點晚4s. 已知各觀測點到該中心的距離都是1020m. 試確定該巨響發生的位置.(假定當時聲音傳播的速度為340m/s,相關各點均在同一平面上.)
解析 如圖,以接報中心為原點[O],正東、正北方向為[x]軸、[y]軸正向,建立直角坐標系.設[A,B,C]分別是西、東、北觀測點,則[A(-1020,0)],[B(1020,0)],[C(0,1020).]
設[P(x,y)]為巨響發生點,由[A,C]同時聽到巨響聲,得[|PA|=|PC|],故[P]在[AC]的垂直平分線[PO]上,[PO]的方程為[y=-x],因為[B]點比[A]點晚4s聽到爆炸聲,故[|PB|-|PA|=340×4=1360.]
由雙曲線定義知[P]點在以[A,B]為焦點的雙曲線[x2a2-y2b2=1]上,依題意得[a=680, c=1020],
[ b2=c2-a2=10202-6802=5×3402.]
故雙曲線方程為[x26802-y25×3402=1.]
將[y=-x]代入上式,得[x=±6805].
[|PB|>|PA|],
[x=-6805, y=6805,]即[P(-6805,6805),]故[PO=68010.]
答:巨響發生在接報中心的西偏北[45°]距中心[68010m]處.
點撥 時間差即為距離差,到兩定點的距離之差為定值的點的軌跡是雙曲線.
題型二 求雙曲線的標準方程
例2 已知雙曲線[C]與雙曲線[x216-y24=1]有公共焦點,且過點[(32,2)].求雙曲線[C]的方程.
解析 設雙曲線方程為[x2a2-y2b2=1],則[c=25].
又雙曲線過點[(32,2)],[(32)2a2-22b2=1.]
又[a2+b2=(25)2],[a2=12, b2=8].
故所求雙曲線的方程為[x212-y28=1].
點撥 求雙曲線的方程,關鍵是求[a,b]. 在解題過程中應熟悉各元素([a,b,c,e]及準線)之間的關系,并注意方程思想的應用.
題型三 求離心率或離心率的范圍
例3 已知雙曲線[x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)]的左、右焦點分別為[F1,F2],點[P]在雙曲線的右支上,且[|PF1|=4|PF2|],則此雙曲線的離心率[e]的最大值.
解析 由定義知[|PF1|-|PF2|=2a],又已知[|PF1|=4|PF2|],解得[|PF1|=83a],[|PF2|=23a],在[PF1F2]中,由余弦定理得,
[cos∠F1PF2=649a2+49a2-4c22?83a?23a=178-98e2],要求[e]的最大值,即求[cos∠F1PF2]的最小值,當[cos∠F1PF2=-1]時,解得[e=53],即[e]的最大值為[53.]
點撥 這是一個存在性問題,可轉化為最值問題來解決.
題型四 與漸近線有關的問題
例4 若已知雙曲線[x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)]的焦點到漸近線的距離等于實軸長,則雙曲線的離心率為( )
A. [2] B. [3] C. [5] D. 2
解析 焦點到漸近線的距離等于實軸長,
故[b=2a],[e2=c2a2=1+b2a2=5],所以[e=5.]
點撥 雙曲線的漸近線與離心率存在對應關系,通過[a,b,c]的比例關系可以求離心率,也可以求漸近線方程.
題型五 直線與雙曲線的位置關系
例5 (1)過點[P(7,5)]與雙曲線[x27-y225=1]有且只有一個公共點的直線有幾條,求出它們的方程;
(2)直線[y=kx+1]與雙曲線[3x2-y2=1]相交于[A,B]兩點,當[a]為何值時,[A,B]在雙曲線的同一支上?當[a]為何值時,[A,B]分別在雙曲線的兩支上?
解析 (1)若直線的斜率不存在時,則[x=7],此時僅有一個交點[(7,0)],滿足條件;
若直線的斜率存在時,設直線的方程為[y-5=k(x-7)],即[y=kx+5-k7].
代入得,[x27-(kx+5-k7)225=1],
[25x2-7(kx+5-k7)2=7×25].
即[(25-7k2)x2-14kx(5-k7)+7(5-k7)2-175][=0].
當[k=577]時,方程無解,不滿足條件;
當[k=-577]時,[2×57x×10=75]方程有惟一解,滿足條件;
當[k2≠257]時,令
[Δ=[14k(5-k7)]2-4(25-7k2)[(5-k7)2-165]=0,]
化簡得:[k]無解,不滿足條件.
所以滿足條件的直線有兩條,[x=7]和[y=-577x+10].
(2)把[y=kx+1]代入[3x2-y2=1]整理得,
[(3-a2)x2-2ax-2=0].
當[a≠±3]時,[Δ=24-4a2].
由[Δ>0]得[-6
若[A,B]在雙曲線的同一支,須[x1x2=2a2-3]>0 ,所以[a3].
故當[-6
點撥 與雙曲線只有一個公共點的直線有兩種.一種是與漸近線平行的兩條與雙曲線交于一點的直線,另一種是與雙曲線相切的直線也有兩條.
題型六 求軌跡方程
例6 雙曲線[x29-y2=1]有動點[P],[F1,F2]是曲線的兩個焦點,求[ΔPF1F2]的重心[M]的軌跡方程.
解析 設[P,M]點坐標各為[P(x1,y1),M(x,y)],
在已知雙曲線方程中[a=3,b=1],
[c=9+1=10].
雙曲線的兩焦點為[F1(-10,0),F2(10,0)],
[ΔPF1F2]存在,[y1≠0].
由三角形重心的坐標公式有,
[x=x1+(-10)+103,y=y1+0+03,]即[x1=3x,y1=3y.]
[y1≠0],[y≠0].
已知點[P]在雙曲線上,將上面的結果代入已知曲線方程,有[(3x)29-(3y)2=1(y≠0)].
一、利用雙曲線的定義求解
例1:設F、F為雙曲線-=1(a>0,b>0)的左右焦點,以FF為邊作正三角形,若雙曲線恰好平分正三角形的另外兩邊,則雙曲線的離心率是多少?
解:如圖1,在正PFF中,由題意知M為PF的中點,故MF=c,MF=c.由于MF-MF=2a,故c-c=2a,e==+1.
評注:一般在焦點三角形中經常利用雙曲線的定義尋求離心率的關系。
二、利用雙曲線中的隱含的約束條件求解
例2:已知F、F為雙曲線-=1(a>0,b>0)的左右焦點,點P在雙曲線的右支上,且PF=4PF,則雙曲線的離心率的范圍為多少?
解:PF=4PF,又PF-PF=2a,
PF=.
又PF≥c-a,
≥c-a,
1<e≤.
評注:由于P在雙曲線的右支上,所以滿足PF≥c-a,從而得到a、c滿足的不等關系,求解出e的范圍。
三、利用平面幾何關系求解
例3:如圖2,F、M分別是雙曲線-=1(a>0,b>0)的左焦點和右頂點,過F且垂直于x軸的直線與雙曲線交于A、B兩點,若ABM為銳角三角形,則雙曲線的離心率的范圍是多少?
解:由題意知ABM為等腰三角形,故只需∠AMB為銳角即可,只需∠AMF<,
AF<FM,
<a+c,
b<a+ac,
c-a<a+ac,
c-ac-2a<0,
e-e-2<0,
-1<e<2.
又e>1,
1<e<2.
評注:根據平面幾何的相關內容得出a、b、c滿足的關系,從而得出e滿足的關系式。
四、利用漸近線求解
例4:設雙曲線的焦點在x軸上,兩條漸近線為y=±x,則該雙曲線的離心率是多少?
解:由題意知=,
a=2b,c=b,
e==.
五、利用判別式求解
例5:設雙曲線-y=1(a>0)與直線l∶x+y=1相交與兩個不同的點A、B,求雙曲線的離心率的取值范圍?
解:由-y=1x+y=1得(1-a)x+2ax-2a=0
雙曲線與直線有兩個不同的交點,
1-a≠0Δ=4a+8a(1-a)>0,
0<a<2,且a≠1,
e===1+>,且e≠2,
e>,且e≠.