第5节第1课时 椭圆及简单几何性质.docx
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- 课时 椭圆 简单 几何 性质 下载 _其他_数学_高中
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1、第第 5 节节椭圆椭圆及其方程及其方程 知识梳理 1.椭圆的定义 如果 F1,F2是平面内的两个定点,a 是一个常数,且 2a|F1F2|,则平面内满足 |PF1|PF2|2a 的动点 P 的轨迹称为椭圆,其中两个定点 F1,F2称为椭圆的焦 点,两个焦点之间的距离|F1F2|称为椭圆的焦距. 其数学表达式:集合 MP|PF1|PF2|2a,|F1F2|2c,其中 a0,c0, 且 a,c 为常数: (1)若 ac,则点 P 的轨迹为椭圆; (2)若 ac,则点 P 的轨迹为线段; (3)若 ac,则点 P 的轨迹不存在. 2椭圆的标准方程和几何性质 标准方程 x2 a2 y2 b21 (ab
2、0) y2 a2 x2 b21 (ab0) 图形 性质 范围 axa byb bxb aya 对称性对称轴:坐标轴;对称中心:原点 顶点 A1(a,0),A2(a,0), B1(0,b),B2(0,b) A1(0,a),A2(0,a), B1(b,0),B2(b,0) 轴长轴 A1A2的长为 2a;短轴 B1B2的长为 2b 焦距|F1F2|2c 离心率ec a(0,1) a,b,c 的关系c2a2b2 1点 P(x0,y0)和椭圆的位置关系 (1)点 P(x0,y0)在椭圆内x 2 0 a2 y20 b21. 2若点 P 在椭圆上,F 为椭圆的一个焦点,则 (1)b|OP|a; (2)ac|
3、PF|ac. 3焦点三角形:椭圆上的点 P(x0,y0)与两焦点构成的PF1F2叫作焦点三角形, r1|PF1|, r2|PF2|, F1PF2, PF1F2的面积为 S, 则在椭圆x 2 a2 y2 b21(ab0) 中: (1)当 r1r2时,即点 P 的位置为短轴端点时,最大; (2)Sb2tan 2c|y 0|,当|y0|b 时,即点 P 的位置为短轴端点时,S 取最大值,最 大值为 bc. 4 焦点弦(过焦点的弦): 焦点弦中通径(垂直于长轴的焦点弦)最短, 弦长 lmin2b 2 a . 5AB 为椭圆x 2 a2 y2 b21(ab0)的弦,A(x 1,y1),B(x2,y2),
4、弦中点 M(x0,y0), 则直线 AB 的斜率 kABb 2x0 a2y0. 诊断自测 1判断下列结论正误(在括号内打“”或“”) (1)平面内与两个定点 F1,F2的距离之和等于常数的点的轨迹是椭圆() (2)椭圆的离心率 e 越大,椭圆就越圆() (3)方程 mx2ny21(m0,n0,mn)表示的曲线是椭圆() (4)x 2 a2 y2 b21(ab0)与 y2 a2 x2 b21(ab0)的焦距相同( ) 答案(1)(2)(3)(4) 解析(1)由椭圆的定义知,当该常数大于|F1F2|时,其轨迹才是椭圆,而常数等 于|F1F2|时,其轨迹为线段 F1F2,常数小于|F1F2|时,不存
5、在这样的图形 (2)因为 ec a a2b2 a 1 b a 2 ,所以 e 越大,则b a越小,椭圆就越扁 2若 F1(3,0),F2(3,0),点 P 到 F1,F2的距离之和为 10,则 P 点的轨迹方 程是_ 答案 x2 25 y2 161 解析因为|PF1|PF2|10|F1F2|6,所以点 P 的轨迹是以 F1,F2为焦点的椭 圆,其中 a5,c3,b a2c24,故点 P 的轨迹方程为x 2 25 y2 161. 3已知点 P 是椭圆x 2 5 y 2 4 1 上 y 轴右侧的一点,且以点 P 及焦点 F1,F2为顶 点的三角形的面积等于 1,则点 P 的坐标为_ 答案( 15
6、2 ,1)或( 15 2 ,1) 解析设 P(x,y),由题意知 c2a2b2541, 所以 c1,则 F1(1,0),F2(1,0),由题意可得点 P 到 x 轴的距离为 1,所以 y1,把 y1 代入x 2 5 y 2 4 1,得 x 15 2 ,又 x0,所以 x 15 2 ,P 点坐 标为( 15 2 ,1)或( 15 2 ,1) 4.(2019北京卷)已知椭圆x 2 a2 y2 b21(ab0)的离心率为 1 2,则( ) A.a22b2B.3a24b2 C.a2bD.3a4b 答案B 解析因为椭圆的离心率 ec a 1 2,所以 a 24c2. 又 a2b2c2,所以 3a24b2
7、.故选 B. 5.(2021新高考 8 省联考)椭圆 x2 m21 y2 m21(m0)的焦点为 F 1,F2,上顶点为 A, 若F1AF2 3,则 m 等于( ) A.1B. 2C. 3D.2 答案C 解析a2m21,b2m2, 则 c2a2b21,由题意知 b 3c, 则 b23c23m2, 又 m0,则 m 3. 6(多选题)(2020潍坊调研)已知椭圆 C 的中心为坐标原点,焦点 F1,F2在 y 轴 上,短轴长等于 2,离心率为 6 3 ,过焦点 F1作 y 轴的垂线交椭圆 C 于 P,Q 两 点,则下列说法正确的是() A椭圆 C 的方程为y 2 3 x21 B椭圆 C 的方程为x
8、 2 3 y21 C|PQ|2 3 3 DPF2Q 的周长为 4 3 答案ACD 解析 由已知得,2b2,b1,c a 6 3 , 又 a2b2c2,解得 a23. 椭圆方程为 x2y 2 3 1. 如图 |PQ|2b 2 a 2 3 2 3 3 , PF2Q 的周长为 4a4 3.故选 ACD. 第一课时椭圆及简单几何性质 考点一椭圆的定义及其应用 1(2021长沙模拟)与圆 C1:(x3)2y21 外切,且与圆 C2:(x3)2y281 内切的动圆圆心 P 的轨迹方程为_ 答案 x2 25 y2 161 解析设动圆的半径为 r,圆心为 P(x,y), 则有|PC1|r1,|PC2|9r.
9、所以|PC1|PC2|10|C1C2|6, 即 P 在以 C1(3,0),C2(3,0)为焦点,长轴长为 10 的椭圆上, 得点 P 的轨迹方程为x 2 25 y2 161. 2(多选题)(2020烟台调研)已知 P 是椭圆x 2 9 y 2 4 1 上一点,椭圆的左、右焦点 分别为 F1,F2,且 cosF1PF21 3,则( ) APF1F2的周长为 12 BSPF1F22 2 C点 P 到 x 轴的距离为2 10 5 D.PF1 PF2 2 答案BCD 解析由椭圆方程知 a3, b2, 所以 c 5, 所以|PF1|PF2|6, 于是PF1F2 的周长为 2a2c62 5,故 A 选项错
10、误; 在PF1F2中,由余弦定理可得|F1F2|2|PF1|2|PF2|22|PF1|PF2|cosF1PF2 (|PF1|PF2|)22|PF1|PF2|2|PF1|PF2|cosF1PF2, 所以 20362|PF1|PF2|2 3|PF 1|PF2|,解得|PF1|PF2|6, 故 SPF1F21 2|PF 1|PF2|sinF1PF21 26 2 2 3 2 2,故 B 选项正确; 设点 P 到 x 轴的距离为 d, 则 SPF1F21 2|F 1F2|d1 22 5d2 2, 所以 d 2 10 5 , 故 C 选项正确; PF1 PF2 |PF1 |PF2 |cosF1PF261
11、32,故 D 选项正确 3已知 F 是椭圆 5x29y245 的左焦点,P 是此椭圆上的动点,A(1,1)是一定 点,则|PA|PF|的最大值为_,最小值为_ 答案6 26 2 解析椭圆方程化为x 2 9 y 2 5 1, 设 F1是椭圆的右焦点,则 F1(2,0), |AF1| 2,|PA|PF|PA|PF1|6, 又|AF1|PA|PF1|AF1|(当 P,A,F1共线时等号成立), 6 2|PA|PF|6 2. 感悟升华1.椭圆定义的应用主要有:判断平面内动点的轨迹是否为椭圆,求焦 点三角形的周长、面积及弦长、最值和离心率等 2与焦点三角形有关的计算或证明常利用正弦定理、余弦定理、|PF
12、1|PF2| 2a,得到 a,c 的关系 考点二椭圆的标准方程 【例 1】 (1)(2021湖北四地七校联考)已知椭圆 C:x 2 a2 y2 b21(ab0)的左、右焦 点分别为 F1,F2,离心率为1 2,过 F 2的直线与椭圆 C 交于 A,B 两点,若F1AB 的周长为 8,则椭圆方程为() A.x 2 4 y 2 3 1B.x 2 16 y2 121 C.x 2 2 y21D.x 2 4 y 2 2 1 (2)已知椭圆的中心在原点,以坐标轴为对称轴,且经过两点 3 2, 5 2 ,( 3, 5), 则椭圆方程为_ (3)过点( 3, 5), 且与椭圆y 2 25 x2 9 1 有相同
13、焦点的椭圆的标准方程为_ 答案(1)A(2)y 2 10 x2 6 1(3)y 2 20 y2 4 1 解析(1) 如图,由椭圆的定义可知,F1AB 的周长为 4a, 4a8,a2,又离心率为1 2, c1,b23, 所以椭圆方程为x 2 4 y 2 3 1. (2)设椭圆方程为 mx2ny21(m,n0,mn) 由 3 2 2 m 5 2 2 n1, 3m5n1, 解得 m1 6,n 1 10. 椭圆方程为y 2 10 x2 6 1. (3)法一(待定系数法)设所求椭圆方程为 y2 25k x2 9k1(k0,n0,mn),不必考 虑焦点位置,用待定系数法求出 m,n 的值即可 (3)椭圆系
14、方程 与x 2 a2 y2 b21 共焦点的椭圆系为 x2 a2k y2 b2k1(k0) 【训练 1】已知椭圆的长轴长是短轴长的 3 倍,且过点 A(3,0),并且以坐标轴 为对称轴,则椭圆的标准方程为_ 答案 x2 9 y21 或y 2 81 x2 9 1 解析法一若椭圆的焦点在 x 轴上,设椭圆的方程为x 2 a2 y2 b21(ab0) 由题意,得 2a32b, 9 a2 0 b21, 解得 a3, b1. 所以椭圆的标准方程为x 2 9 y21. 若焦点在 y 轴上,设椭圆的方程为y 2 a2 x2 b21(ab0) 由题意得 2a32b, 0 a2 9 b21, 解得 a9, b3
15、. 所以椭圆的标准方程为y 2 81 x2 9 1. 综上所述,椭圆的标准方程为x 2 9 y21 或y 2 81 x2 9 1. 法二设椭圆的方程为x 2 m y2 n 1(m0,n0,mn), 则由题意,知 9 m1, 2 m32 n 或 9 m1, 2 n32 m, 解得 m9, n1 或 m9, n81. 所以椭圆的标准方程为x 2 9 y21 或y 2 81 x2 9 1. 考点三椭圆的几何性质 角度 1椭圆的离心率 【例 2】 (1)已知椭圆 C:x 2 a2 y2 4 1 的一个焦点为(2,0),则 C 的离心率为() A.1 3 B.1 2 C. 2 2 D.2 2 3 (2)
16、(2021重庆质检)已知椭圆 C 的方程为x 2 a2 y2 b21(ab0),焦距为 2c,直线 l:y 2 4 x 与椭圆 C 相交于 A,B 两点,若|AB|2c,则椭圆 C 的离心率为() A. 3 2 B.3 4C. 1 2D. 1 4 (3)(2020淮北一模)设椭圆 C:x 2 a2 y2 b21(ab0)的左、右焦点分别为 F 1,F2, 过 F2作 x 轴的垂线与 C 相交于 A, B 两点, F1B 与 y 轴相交于点 D, 若 ADF1B, 则椭圆 C 的离心率为_ 答案(1)C(2)A(3) 3 3 解析(1)不妨设 a0.因为椭圆 C 的一个焦点为(2,0),所以焦点
17、在 x 轴上,且 c 2,所以 a2448,所以 a2 2,所以椭圆 C 的离心率 ec a 2 2 . (2)设第一象限的交点为 A(x, y), 直线 y 2 4 x 的倾斜角为, 由 tan 2 4 , 得 sin 1 3,cos 2 2 3 , 即 A 2 2 3 c,1 3c, 把点 A 的坐标代入椭圆方程,得 8e418e290,即(4e23)(2e23)0,所以 e 3 2 . (3)由题意知 F1(c,0),F2(c,0),其中 c a2b2.因为过 F2且与 x 轴垂直的直 线为 xc,故由椭圆的对称性可设它与椭圆的交点为 A c,b 2 a ,B c,b 2 a .因为 A
18、B 平行于 y 轴,且 F1OOF2,所以 F1DDB,即 D 为线段 F1B 的中点,所以 点 D 的坐标为 0,b 2 2a .又 ADF1B, 所以 kADkF1B1, 即 b2 a b 2 2a c0 b 2 a 0 cc 1,整理得3b22ac,所以 3(a2c2)2ac.又 ec a,0e1,所以 3e2 2e 30,解得 e 3 3 . 感悟升华求椭圆离心率的方法 (1)直接求出 a,c 的值,利用离心率公式直接求解 (2)列出含有 a,b,c 的齐次方程(或不等式),借助于 b2a2c2消去 b,转化为 含有 e 的方程(或不等式)求解 (3)利用公式 e1b 2 a2求解 角
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