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7.3 直线与双曲线的综合

双曲线的定义、标准方程与几何性质 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 研究直线方程与双曲线方程联立后的位置关系、弦长及中点问题,核心在于判别式与韦达定理的应用。

从哪来 本知识点建立在 6.1 椭圆与直线的位置关系 和 6.2 弦长公式 的方法论之上,同时依赖 2.1 焦点在x轴上 与 2.2 焦点在y轴上 的标准方程形式,以及 4.1 焦半径公式 用于简化距离计算。

为什么 直线与双曲线联立后得到一元二次方程,其根的情况直接对应几何上的交点个数。 1. 位置关系:由判别式 $\Delta$ 决定。但需注意,双曲线有两支,$\Delta > 0$ 时交点可能同在一支或分属两支,这与椭圆不同。 2. 弦长计算:利用韦达定理 $x_1+x_2, x_1x_2$ 代入弦长公式 $|AB| = \sqrt{1+k^2}|x_1-x_2|$,避免解出具体坐标,降低运算量。 3. 中点问题:利用点差法或韦达定理建立中点坐标与斜率的关系,这是解决“中点弦”问题的核心逻辑。

适合类型:逻辑严密、擅长代数推导的学生** **核心思路:通法通解(联立+韦达)** 1. **设
设直线 $y=kx+m$(注意讨论斜率不存在情况),交点 $A(x_1,y_1), B(x_2,y_2)$。 2. 联:代入双曲线方程 $\frac{x^2}{a^2} - \frac{y^2}{b^2} = 1$,整理得 $Ax^2+Bx+C=0$。 3. 判:计算 $\Delta = B^2-4AC$。 - $\Delta > 0$:两个交点。 - $\Delta = 0$:一个交点(相切)。 - $\Delta < 0$:无交点。 - 特别提示:若 $A=0$(即二次项系数为0),则直线与双曲线渐近线平行,此时只有一个交点,需单独讨论。 4. 用:利用韦达定理 $x_1+x_2 = -B/A, x_1x_2 = C/A$ 计算弦长或中点坐标。 优点:通用性强,适用于所有直线与双曲线问题,不易出错。
适合类型:几何直觉强、喜欢数形结合的学生** **核心思路:几何特征+渐近线分析** 1. **看渐近线
先画出双曲线及其渐近线 $y = \pm \frac{b}{a}x$。 2. 比斜率: - 若直线斜率 $k$ 满足 $|k| < \frac{b}{a}$(焦点在x轴),直线必与双曲线两支各有一个交点(或无交点,取决于截距)。 - 若 $|k| > \frac{b}{a}$,直线可能与一支有两个交点,或无交点。 - 若 $|k| = \frac{b}{a}$,直线与渐近线平行,最多一个交点。 3. 画图辅助:通过画图直观判断交点位置,再结合代数验证。 优点:快速判断解的存在性和大致位置,避免盲目计算。
适合类型:计算能力弱、易出错的学生** **核心思路:点差法(针对中点弦问题)** 1. **适用场景
已知弦的中点 $M(x_0, y_0)$,求直线方程。 2. 步骤: - 设 $A(x_1,y_1), B(x_2,y_2)$,则 $x_1+x_2=2x_0, y_1+y_2=2y_0$。 - 代入双曲线方程:$\frac{x_1^2}{a^2} - \frac{y_1^2}{b^2} = 1$ 和 $\frac{x_2^2}{a^2} - \frac{y_2^2}{b^2} = 1$。 - 两式相减:$\frac{(x_1-x_2)(x_1+x_2)}{a^2} - \frac{(y_1-y_2)(y_1+y_2)}{b^2} = 0$。 - 整理得斜率 $k = \frac{y_1-y_2}{x_1-x_2} = \frac{b^2(x_1+x_2)}{a^2(y_1+y_2)} = \frac{b^2 x_0}{a^2 y_0}$。 3. 验证:求出直线方程后,必须代回原方程验证 $\Delta > 0$,确保交点存在。 优点:避免解二次方程,计算量小,专门解决中点问题。
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练一道
基础题
已知双曲线 $C: x^2 - y^2 = 1$,直线 $l: y = x + 2$ 与 $C$ 交于 $A, B$ 两点,求 $|AB|$。
变式
已知双曲线 $C: \frac{x^2}{4} - \frac{y^2}{2} = 1$,过点 $P(1, 1)$ 的直线 $l$ 与 $C$ 交于 $A, B$ 两点,若 $P$ 为 $AB$ 的中点,求直线 $l$ 的方程。
试试手自己判
检测题
已知双曲线 $C: x^2 - y^2 = 2$,直线 $l$ 过点 $M(1, 1)$ 且与 $C$ 交于 $A, B$ 两点,若 $M$ 为 $AB$ 的中点,求直线 $l$ 的方程,并判断该直线与双曲线是否相交。
看答案和判分标准
答案:直线方程:$x - y = 0$(即 $y=x$)。 判断:相交(有两个交点)。
判对标准:
1. 使用点差法或联立法求出斜率 $k=1$(1分)。
2. 写出直线方程 $y-1 = 1(x-1) \Rightarrow y=x$(1分)。
3. 验证:联立 $y=x$ 与 $x^2-y^2=2$ 得 $0=2$,矛盾?
等等,这里有个陷阱。
让我们重新计算点差法:
$x_1^2 - y_1^2 = 2, x_2^2 - y_2^2 = 2$
$(x_1-x_2)(x_1+x_2) = (y_1-y_2)(y_1+y_2)$
$k = \frac{y_1-y_2}{x_1-x_2} = \frac{x_1+x_2}{y_1+y_2} = \frac{2}{2} = 1$。
直线 $y=x$。
代入双曲线:$x^2 - x^2 = 2 \Rightarrow 0=2$,无解!
这说明过点 $M(1,1)$ 且以 $M$ 为中点的弦不存在!

修正检测题:
已知双曲线 $C: \frac{x^2}{4} - \frac{y^2}{2} = 1$,直线 $l$ 过点 $M(2, 1)$ 且与 $C$ 交于 $A, B$ 两点,若 $M$ 为 $AB$ 的中点,求直线 $l$ 的方程,并判断该直线与双曲线是否相交。
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