【优秀教案】高中数学第二册上-第八章-圆锥曲线方程：-8.4双曲线的简单几何性质

课题：8．4双曲线的简单几何性质教学目的：1．使学生掌握双曲线的范围、对称性、顶点、渐近线等几何性质奎屯王新敞新疆2．掌握标准方程中cba,,的几何意义奎屯王新敞新疆3．并使学生能利用上述知识进行相关的论证、计算、作双曲线的草图以及解决简单的实际问题奎屯王新敞新疆教学重点：双曲线的渐近线及其得出过程奎屯王新敞新疆教学难点：渐近线几何意义的证明奎屯王新敞新疆授课类型：新授课奎屯王新敞新疆课时安排：1课时奎屯王新敞新疆教具：多媒体、实物投影仪奎屯王新敞新疆内容分析：本节知识是讲完了双曲线及其标准方程之后，反过来利用双曲线的方程研究双曲线的几何性质奎屯王新敞新疆它是教学大纲要求学生必须掌握的内容，也是高考的一个考点奎屯王新敞新疆用坐标法研究几何问题，是数学中一个很大的课题，它包含了圆锥曲线知识的众多方面，这里对双曲线的几何性质的讨论以及利用性质来解题即是其中的一个重要部分奎屯王新敞新疆坐标法的教学贯穿了整个“圆锥曲线方程”一章，是学生应重点掌握的基本数学方法奎屯王新敞新疆运动变化和对立统一的思想观点在第8章知识中得到了突出体现，我们必须充分利用好这部分教材进行教学奎屯王新敞新疆利用图形启发引导学生理解渐近线的几何意义、弄通证明的关键；渐近线的位置、渐近线与双曲线张口之间的关系是学生学习离心率的概念、搞懂离心率与双曲线形状之间的关系的关键；要突破第二定义得出过程这个难点奎屯王新敞新疆本节内容类似于“椭圆的简单的几何性质”，教学中也可以与其类比讲解，主要应指出它们的联系与区别奎屯王新敞新疆对圆锥曲线来说，渐近线是双曲线特有的性质，我们常利用它作出双曲线的草图，为说明这一点，教学时可以适当补充一些例题和习题奎屯王新敞新疆讲解完双曲线的渐近线后，要注意说明：反过来以1byax为渐近线的双曲线方程则是2222byax奎屯王新敞新疆对双曲线离心率进行教学时要指明它的大小反映的是双曲线的张口大小，而椭圆离心率的大小反映的是椭圆的扁平程度奎屯王新敞新疆同椭圆一样，双曲线有两种定义，教材上以例3的教学来引出它，我们讲课时要充分注意到此例题与后面的定义在教学上的逻辑关系，突出考虑学生认知心理的变化规律奎屯王新敞新疆本节分三个课时：第一课时主要讲解双曲线的范围、对称性、顶点、渐近线等几何性质，并补充一道变式例题；第二课时主要内容为离心率、教材中的例1、例2及一道变式例题；第三课时主要讲解教材中的例3、双曲线另一个定义、准线概念奎屯王新敞新疆教学过程：一、复习引入：名称双曲线定义平面内到两定点21,FF的距离的差的绝对值为常数（小于21FF）的动点的轨迹叫双曲线。即aMFMF221当2a﹤2c时，轨迹是双曲线当2a=2c时，轨迹是两条射线当2a﹥2c时，轨迹不存在标准方程焦点在x轴上时：12222byax焦点在y轴上时：12222bxayxOy注：是根据项的正负来判断焦点所在的位置常数cba,,的关系222bac（符合勾股定理的结构）0acc最大，可以bababa,,奎屯王新敞新疆二、讲解新课：1．范围、对称性由标准方程12222byax可得22ax，当ax时，y才有实数值；对于y的任何值，x都有实数值奎屯王新敞新疆这说明从横的方向来看，直线x=-a,x=a之间没有图象，从纵的方向来看，随着x的增大，y的绝对值也无限增大，所以曲线在纵方向上可无限伸展，不像椭圆那样是封闭曲线奎屯王新敞新疆双曲线不封闭，但仍称其对称中心为双曲线的中心奎屯王新敞新疆2．顶点顶点：0,),0,(21aAaA特殊点：bBbB,0),,0(21实轴：21AA长为2a,a叫做半实轴长奎屯王新敞新疆虚轴：21BB长为2b，b叫做虚半轴长奎屯王新敞新疆讲述：结合图形，讲解顶点和轴的概念，在双曲线方程12222byax中，令y=0得ax，故它与x轴有两个交点0,),0,(21aAaA，且x轴为双曲线12222byax的对称轴，所以0,),0,(21aAaA与其对称轴的交点，称为双曲线的顶点(一般而言，曲线的顶点均指与其对称轴的交点)，而对称轴上位于两顶点间的线段21AA叫做双曲线12222byax的实轴长，它的长是2a.在方程12222byax中令x=0得22by，这个方程没有实数根，说明双曲线和Y轴没有交点。但Y轴上的两个特殊点bBbB,0),,0(21，这两个点在双曲线中也有非常重要的作用奎屯王新敞新疆把线段21BB叫做双曲线的虚轴，它的长是2b奎屯王新敞新疆要特别注意不xyQB1B2A1A2NMO要把虚轴与椭圆的短轴混淆奎屯王新敞新疆双曲线只有两个顶点，而椭圆则有四个顶点，这是两者的又一差异奎屯王新敞新疆3．渐近线过双曲线12222byax的两顶点21,AA，作Y轴的平行线ax，经过21,BB作X轴的平行线by，四条直线围成一个矩形奎屯王新敞新疆矩形的两条对角线所在直线方程是xaby（0byax），这两条直线就是双曲线的渐近线奎屯王新敞新疆分析：要证明直线xaby（0byax）是双曲线12222byax的渐近线，即要证明随着X的增大，直线和曲线越来越靠拢奎屯王新敞新疆也即要证曲线上的点到直线的距离｜MQ｜越来越短，因此把问题转化为计算｜MQ｜奎屯王新敞新疆但因｜MQ｜不好直接求得，因此又把问题转化为求｜MN｜奎屯王新敞新疆最后强调，对圆锥曲线而言，渐近线是双曲线具有的性质奎屯王新敞新疆22||||axabxabMNMQ＝)(22axxab22axxab（||MQ0x）奎屯王新敞新疆4．等轴双曲线a=b即实轴和虚轴等长，这样的双曲线叫做等轴双曲线奎屯王新敞新疆结合图形说明：a=b时，双曲线方程变成222ayx(或)2b，它的实轴和都等于2a(2b)，这时直线围成正方形，渐近线方程为xy奎屯王新敞新疆它们互相垂直且平分双曲线的实轴和虚轴所成的角奎屯王新敞新疆5．共渐近线的双曲线系如果已知一双曲线的渐近线方程为xaby)0(kxkakb，那么此双曲线方程就一定是：)0(1)()(2222kkbykax或写成2222byax奎屯王新敞新疆6．双曲线的草图利用双曲线的渐近线，可以帮助我们较准确地画出双曲线的草图奎屯王新敞新疆具体做法是：画出双曲线的渐近线，先确定双曲线的顶点及第一象限内任意一点的位置，然后过这两点并根据双曲线在第一象限从渐近线下方逐渐接近渐近线的特点画出双曲线的一部分，最后利用双曲线的对称性画出完整的双曲线奎屯王新敞新疆焦点在y轴的情况同学们自己研究7．离心率概念：双曲线的焦距与实轴长的比acace22，叫做双曲线的离心率奎屯王新敞新疆范围：1e双曲线形状与e的关系：1122222eacaacabk，因此e越大，即渐近线的斜率的绝对值就大，这是双曲线的形状就从扁狭逐渐变得开阔。由此可知，双曲线的离心率越大，它的开口就越阔奎屯王新敞新疆(1)双曲线的形状张口随着渐近线的位置变化而变化；(2)渐近线的位置(倾斜)情况又受到其斜率制约奎屯王新敞新疆利用计算机动画先演示出“e的大小”与“开口的阔A2A1F2F1xOy窄”的关系，能让学生对此变化规律先形成直观理解；然后再用代数方法边板书边推导，这样就可化难为易，使学生对此规律有更深刻清晰的理解奎屯王新敞新疆这样做将有助于实在本节的这个难点奎屯王新敞新疆8．离心率相同的双曲线(1)计算双曲线19422yx的离心率0e；(2)离心离为0e的双曲线一定是19422yx吗？举例说明奎屯王新敞新疆如果存在很多的话，它们能否用一个特有的形式表示呢？(3)离心率为213的双曲线有多少条？分析：2222)(1)(1kakbababaace的关系式，并从中发现只要实现半轴和虚半轴各与a=2,b=3有相同的比k：1(k0)的双曲线，其离心率e都是213奎屯王新敞新疆9．共轭双曲线：以已知双曲线的实轴为虚轴，虚轴为实轴，这样得到的双曲线称为原双曲线的共轭双曲线奎屯王新敞新疆如191622yx与116922xy奎屯王新敞新疆注意的区别：三量a,b,c中a,b不同（互换）c相同奎屯王新敞新疆通过分析曲线发现二者其具有相同的渐近线奎屯王新敞新疆此即为共轭之意奎屯王新敞新疆1）性质：共用一对渐近线奎屯王新敞新疆双曲线和它的共轭双曲线的焦点在同一圆上奎屯王新敞新疆2）确定双曲线的共轭双曲线的方法：将1变为-1奎屯王新敞新疆3）共用同一对渐近线kxy的双曲线的方程具有什么样的特征：可设为)0(1222kyx，当0时交点在x轴，当0时焦点在y轴上奎屯王新敞新疆三、讲解范例：例1.求双曲线14416922xy的实半轴长和虚半轴长,焦点坐标,离心率.解:把方程化为标准方程得,可得:实半轴长:a=4虚半轴长:b=3半焦距:焦点坐标:(0,-5),(0,5)离心率:例二．求下列双曲线的范围、焦点、顶点、离心率1342222xy53422c45ace（1）32822yx（2）422yx（3）1254922yx例2.已知双曲线的中心在原点，对称轴为坐标轴,它的一个焦点F（5，0）,且离心率e可以使方程041)1(22xex有相等的实根，求满足条件的双曲线方程例3.已知双曲线虚轴的一个端点为M,两焦点分别F1,F2,且12021MFF,则双曲线的离心率为(B)A．3B．26C．36D．33（参考例题）例1求双曲线1422yx的顶点坐标、焦点坐标，实半轴长、虚半轴长和渐近线方程，并作出草图奎屯王新敞新疆分析：只要紧扣有关概念和方法，就易解答奎屯王新敞新疆解：把方程化为标准方程1212222yx由此可知，实半轴长a＝1，虚半轴长b＝2．顶点坐标是（－1，0），（1，0）5212222bac焦点的坐标是(－5，0)，(5，0)．渐近线方程为021yx，即xy2奎屯王新敞新疆例2求与双曲线191622yx共渐近线且过)3,33(A的双曲线的方程奎屯王新敞新疆分析：因所求的双曲线与已知双曲线共渐近线，故可先设出双曲线系，再把已知点代入，求得K的值即可奎屯王新敞新疆解：设与1342222yx共渐近线且过)3,33(A的双曲线的方程为222234yx奎屯王新敞新疆则22223)3(4)33(，从而有1611奎屯王新敞新疆所求双曲线的方程为199161122yx奎屯王新敞新疆例3求双曲线14416922xy的实半轴长和虚半轴长、焦点坐标、离心率、渐近线方程．解：把方程化为标准方程xyO1342222xy由此可知，实半轴长a＝4，虚半轴长b＝3．5342222bac焦点的坐标是(0，－5)，(0，5)．离心率45ace渐近线方程为yx43，即xy34奎屯王新敞新疆例4双曲线型自然通风塔的外形，是双曲线的一部分绕其虚轴旋转所成的曲面，它的最小半径为12m，上口半径为13m，下口半径为25m，高55m．选择适当的坐标系，求出此双曲线的方程(精确到1m)．B'C'CBA251213A'xOy分析：本题建立合适的坐标系是关键。注意到通风塔有三个特殊的截口圆：上口、下口、最小的一个截口。显然，最小截口圆的圆心是双曲线的中心，直径是双曲线的实轴，所以以最小截口直径所在直线为X轴，圆心为原点建立坐标系，则双曲线的方程具有最简单的形式。解：如图所示，建立直角坐标系xOy，使小圆的直径AA′在x轴上，圆心与原点重合．这时，上、下口的直径CC′、BB′平行于x轴，且|CC′|=13×2(m)，|BB′|=25×2(m)．设双曲线的方程为12222byax)0,0(ba奎屯王新敞新疆令点C的坐标为(13，y)，则点B的坐标为(25，y－55)．因为点B、C在双曲线上，所以1)55(12252222by①且112132222by②解方程组，得125by（负值舍去）代入方程①，得1)55125(1