高二数学学的好的帮下忙,谢!
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解决时间 2021-04-12 20:39
- 提问者网友:不要迷恋哥
- 2021-04-12 14:41
最近落了很多课,我想问下关于双曲线的知识,当焦点在x轴和y轴时它们的标准方程是如何推导出来的,要完完整整的过程,还有为什么双曲线是根据项的正负来判断焦点所在的位置啊 如何学好这一节啊 应注意什么 在此谢过大家、
最佳答案
- 五星知识达人网友:狂恋
- 2021-04-12 15:48
·双曲线的第一定义 数学上指一动点移动于一个平面上,与平面上两个定点F1,F2的距离之差的绝对值始终为一定值2a(2a小于F1和F2之间的距离即2a<2c)时所成的轨迹叫做双曲线(Hyperbola)。两个定点F1,F2叫做双曲线的左,右焦点(focus)。两焦点的距离叫焦距,长度为2c。其中2a在坐标轴上的端点叫做顶点叫顶点c^2=a^2+b^2 (a=半长轴,b=半短轴) [编辑本段]·双曲线的第二定义 1.文字语言定义:
平面内一个动点到一个定点与一条定直线的距离之比是一个大于1的常数。定点是双曲线的焦点,定直线是双曲线的准线,常数e是双曲线的离心率。
2.集合语言定义:
设 双曲线上有一动点M,定点F,点M到定直线距离为d,
这时称集合{M| |MF|/d=e,e>1}表示的点集是双曲线.
注意:定点F要在定直线外 且 比值大于1.
3.标准方程
设 动点M(x,y),定点F(c,0),点M到定直线l:x=a^2/c的距离为d,
则由 |MF|/d=e>1.
推导出的双曲线的标准方程为
(x^2/a^2)-(y^2/b^2)=1
其中a>0,b>0,c^2=a^2+b^2.
这是中心在原点,焦点在x轴上的双曲线标准方程.
而中心在原点,焦点在y轴上的双曲线标准方程为:
(y^2/a^2)-(x^2/b^2)=1. [编辑本段]·双曲线的简单几何性质 1、轨迹上一点的取值范围:x≥a,x≤-a(焦点在x轴上)或者y≥a,y≤-a(焦点在y轴上)。
2、对称性:关于坐标轴和原点对称。
3、顶点:A(-a,0), A'(a,0)。同时 AA'叫做双曲线的实轴且∣AA'│=2a.
B(0,-b), B'(0,b)。同时 BB'叫做双曲线的虚轴且│BB'│=2b.
4、渐近线:
焦点在x轴:y=±(b/a)x.
焦点在y轴:y=±(a/b)x.圆锥曲线ρ=ep/1-ecosθ当e>1时,表示双曲线。
令1-ecosθ=0可以求出θ,这个就是渐近线的倾角。θ=arccos(1/e)
令θ=0,得出ρ=ep/1-e, x=ρcosθ=ep/1-e
令θ=PI,得出ρ=ep/1+e ,x=ρcosθ=-ep/1+e
这两个x是双曲线定点的横坐标。
求出他们的中点的横坐标(双曲线中心横坐标)
x=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
(注意化简一下)
直线ρcosθ=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
是双曲线一条对称轴,注意是不与曲线相交的对称轴。
将这条直线顺时针旋转PI/2-arccos(1/e)角度后就得到渐近线方程,设旋转后的角度是θ’
则θ’=θ-【PI/2-arccos(1/e)】
则θ=θ’+【PI/2-arccos(1/e)】
带入上式:
ρcos{θ’+【PI/2-arccos(1/e)】}=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
即:ρsin【arccos(1/e)-θ’】=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
现在可以用θ取代式中的θ’了
得到方程:ρsin【arccos(1/e)-θ】=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
5、离心率:
第一定义: e=c/a 且e∈(1,+∞).
第二定义:双曲线上的一点P到定点F的距离│PF│ 与 点P到定直线(相应准线)的距离d 的比等于双曲线的离心率e.
6、双曲线焦半径公式(圆锥曲线上任意一点P(x,y)到焦点距离)
右焦半径:r=│ex-a│
左焦半径:r=│ex+a│
7、等轴双曲线
一双曲线的实轴与虚轴长相等 即:2a=2b 且 e=√2
8、共轭双曲线
双曲线S'的实轴是双曲线S的虚轴 且 双曲线S'的虚轴是双曲线S的实轴时,称双曲线S'与双曲线S为共轭双曲线。
几何表达:S:(x^2/a^2)-(y^2/b^2)=1 S':(y^2/b^2)-(x^2/a^2)=1
特点:(1)共渐近线
(2)焦距相等
(3)两双曲线的离心率平方后的倒数相加等于1
9、准线: 焦点在x轴上:x=±a^2/c
焦点在y轴上:y=±a^2/c
10、通径长:(圆锥曲线(除圆外)中,过焦点并垂直于轴的弦)
d=2b^2/a
11、过焦点的弦长公式:
d=2pe/(1-e^2cos^2θ) 或 2p/sin^2θ [p为焦点到准线距离,θ为弦与X轴夹角]
12、弦长公式:
d = √(1+k^2)|x1-x2| = √(1+k^2)(x1-x2)^2 = √(1+1/k^2)|y1-y2| = √(1+1/k^2)(y1-y2)^2 推导如下:
由 直线的斜率公式:k = (y1 - y2) / (x1 - x2)
得 y1 - y2 = k(x1 - x2) 或 x1 - x2 = (y1 - y2)/k
分别代入两点间的距离公式:|AB| = √[(x1 - x2)² + (y1 - y2)² ]
稍加整理即得:
|AB| = |x1 - x2|√(1 + k²) 或 |AB| = |y1 - y2|√(1 + 1/k²) [编辑本段]·双曲线的标准公式与反比例函数 X^2/a^2 - Y^2/b^2 = 1(a>0,b>0)
而反比例函数的标准型是 xy = c (c ≠ 0)
但是反比例函数确实是双曲线函数经过旋转得到的
因为xy = c的对称轴是 y=x, y=-x 而X^2/a^2 - Y^2/b^2 = 1的对称轴是x轴,y轴
所以应该旋转45度
设旋转的角度为 a (a≠0,顺时针)
(a为双曲线渐进线的倾斜角)
则有
X = xcosa + ysina
Y = - xsina + ycosa
取 a = π/4
则
X^2 - Y^2 = (xcos(π/4) + ysin(π/4))^2 -(xsin(π/4) - ycos(π/4))^2
= (√2/2 x + √2/2 y)^2 -(√2/2 x - √2/2 y)^2
= 4 (√2/2 x) (√2/2 y)
= 2xy.
而xy=c
所以
X^2/(2c) - Y^2/(2c) = 1 (c>0)
Y^2/(-2c) - X^2/(-2c) = 1 (c<0)
由此证得,反比例函数其实就是双曲线函数
平面内一个动点到一个定点与一条定直线的距离之比是一个大于1的常数。定点是双曲线的焦点,定直线是双曲线的准线,常数e是双曲线的离心率。
2.集合语言定义:
设 双曲线上有一动点M,定点F,点M到定直线距离为d,
这时称集合{M| |MF|/d=e,e>1}表示的点集是双曲线.
注意:定点F要在定直线外 且 比值大于1.
3.标准方程
设 动点M(x,y),定点F(c,0),点M到定直线l:x=a^2/c的距离为d,
则由 |MF|/d=e>1.
推导出的双曲线的标准方程为
(x^2/a^2)-(y^2/b^2)=1
其中a>0,b>0,c^2=a^2+b^2.
这是中心在原点,焦点在x轴上的双曲线标准方程.
而中心在原点,焦点在y轴上的双曲线标准方程为:
(y^2/a^2)-(x^2/b^2)=1. [编辑本段]·双曲线的简单几何性质 1、轨迹上一点的取值范围:x≥a,x≤-a(焦点在x轴上)或者y≥a,y≤-a(焦点在y轴上)。
2、对称性:关于坐标轴和原点对称。
3、顶点:A(-a,0), A'(a,0)。同时 AA'叫做双曲线的实轴且∣AA'│=2a.
B(0,-b), B'(0,b)。同时 BB'叫做双曲线的虚轴且│BB'│=2b.
4、渐近线:
焦点在x轴:y=±(b/a)x.
焦点在y轴:y=±(a/b)x.圆锥曲线ρ=ep/1-ecosθ当e>1时,表示双曲线。
令1-ecosθ=0可以求出θ,这个就是渐近线的倾角。θ=arccos(1/e)
令θ=0,得出ρ=ep/1-e, x=ρcosθ=ep/1-e
令θ=PI,得出ρ=ep/1+e ,x=ρcosθ=-ep/1+e
这两个x是双曲线定点的横坐标。
求出他们的中点的横坐标(双曲线中心横坐标)
x=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
(注意化简一下)
直线ρcosθ=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
是双曲线一条对称轴,注意是不与曲线相交的对称轴。
将这条直线顺时针旋转PI/2-arccos(1/e)角度后就得到渐近线方程,设旋转后的角度是θ’
则θ’=θ-【PI/2-arccos(1/e)】
则θ=θ’+【PI/2-arccos(1/e)】
带入上式:
ρcos{θ’+【PI/2-arccos(1/e)】}=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
即:ρsin【arccos(1/e)-θ’】=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
现在可以用θ取代式中的θ’了
得到方程:ρsin【arccos(1/e)-θ】=【(ep/1-e)+(-ep/1+e)】/2
5、离心率:
第一定义: e=c/a 且e∈(1,+∞).
第二定义:双曲线上的一点P到定点F的距离│PF│ 与 点P到定直线(相应准线)的距离d 的比等于双曲线的离心率e.
6、双曲线焦半径公式(圆锥曲线上任意一点P(x,y)到焦点距离)
右焦半径:r=│ex-a│
左焦半径:r=│ex+a│
7、等轴双曲线
一双曲线的实轴与虚轴长相等 即:2a=2b 且 e=√2
8、共轭双曲线
双曲线S'的实轴是双曲线S的虚轴 且 双曲线S'的虚轴是双曲线S的实轴时,称双曲线S'与双曲线S为共轭双曲线。
几何表达:S:(x^2/a^2)-(y^2/b^2)=1 S':(y^2/b^2)-(x^2/a^2)=1
特点:(1)共渐近线
(2)焦距相等
(3)两双曲线的离心率平方后的倒数相加等于1
9、准线: 焦点在x轴上:x=±a^2/c
焦点在y轴上:y=±a^2/c
10、通径长:(圆锥曲线(除圆外)中,过焦点并垂直于轴的弦)
d=2b^2/a
11、过焦点的弦长公式:
d=2pe/(1-e^2cos^2θ) 或 2p/sin^2θ [p为焦点到准线距离,θ为弦与X轴夹角]
12、弦长公式:
d = √(1+k^2)|x1-x2| = √(1+k^2)(x1-x2)^2 = √(1+1/k^2)|y1-y2| = √(1+1/k^2)(y1-y2)^2 推导如下:
由 直线的斜率公式:k = (y1 - y2) / (x1 - x2)
得 y1 - y2 = k(x1 - x2) 或 x1 - x2 = (y1 - y2)/k
分别代入两点间的距离公式:|AB| = √[(x1 - x2)² + (y1 - y2)² ]
稍加整理即得:
|AB| = |x1 - x2|√(1 + k²) 或 |AB| = |y1 - y2|√(1 + 1/k²) [编辑本段]·双曲线的标准公式与反比例函数 X^2/a^2 - Y^2/b^2 = 1(a>0,b>0)
而反比例函数的标准型是 xy = c (c ≠ 0)
但是反比例函数确实是双曲线函数经过旋转得到的
因为xy = c的对称轴是 y=x, y=-x 而X^2/a^2 - Y^2/b^2 = 1的对称轴是x轴,y轴
所以应该旋转45度
设旋转的角度为 a (a≠0,顺时针)
(a为双曲线渐进线的倾斜角)
则有
X = xcosa + ysina
Y = - xsina + ycosa
取 a = π/4
则
X^2 - Y^2 = (xcos(π/4) + ysin(π/4))^2 -(xsin(π/4) - ycos(π/4))^2
= (√2/2 x + √2/2 y)^2 -(√2/2 x - √2/2 y)^2
= 4 (√2/2 x) (√2/2 y)
= 2xy.
而xy=c
所以
X^2/(2c) - Y^2/(2c) = 1 (c>0)
Y^2/(-2c) - X^2/(-2c) = 1 (c<0)
由此证得,反比例函数其实就是双曲线函数
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