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- 2021-02-27 发布
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专题九 平面解析几何
§9.3
椭圆及其性质
高考文数
考点一 椭圆的定义及标准方程
考点清单
考向基础
1.椭圆的定义
把平面内与两个定点
F
1
,
F
2
的
距离的和等于常数(大于|
F
1
F
2
|)
的点的轨迹叫
做椭圆.
椭圆定义中的常数2
a
>|
F
1
F
2
|,即对椭圆上任意一点
M
都有|
MF
1
|+|
MF
2
|=2
a
>
|
F
1
F
2
|.这个条件是必要的,否则其轨迹就不是椭圆.事实上,若2
a
=|
F
1
F
2
|,则其轨
迹是
线段
F
1
F
2
;若2
a
<|
F
1
F
2
|,则其轨迹不存在.
2.(1)椭圆标准方程的推导是根据椭圆的定义,通过建立恰当的坐标系求出
的,参数
b
=
,它是因为化简方程的需要而引入的,它具有明确的几
何意义:
b
表示短半轴的长.
(2)求椭圆的标准方程应从
“定形”“定式”和“定量”
三个方面去思考.
“定形”是指对称中心在原点,以坐标轴为对称轴的情况下,焦点在哪条坐
标轴上;“定式”是根据“形”设椭圆方程的具体形式;“定量”是指用
定义法或待定系数法确定
a
,
b
的值.
考向一 椭圆定义的应用
考向突破
例1
F
1
,
F
2
是椭圆
+
=1的左、右焦点,
A
为椭圆上一点,且∠
AF
1
F
2
=45
°
,
则△
AF
1
F
2
的面积为
( )
A.7 B.
C.
D.
解析 由题意可得,
a
=3,
b
=
,
c
=
,|
AF
1
|+|
AF
2
|=6.
∴|
AF
2
|=6-|
AF
1
|.
在△
AF
1
F
2
中,|
AF
2
|
2
=|
AF
1
|
2
+|
F
1
F
2
|
2
-2|
AF
1
|·|
F
1
F
2
|·cos 45
°
=|
AF
1
|
2
-4|
AF
1
|+8,
∴(6-|
AF
1
|)
2
=|
AF
1
|
2
-4|
AF
1
|+8,解得|
AF
1
|=
,
∴△
AF
1
F
2
的面积
S
=
×
×
2
×
=
,故选C.
答案 C
考向二 求椭圆的标准方程
例2 已知椭圆
C
经过点
A
(2,3),且点
F
(2,0)为其右焦点,则椭圆
C
的标准方程
为
.
解析 解法一:依题意,可设椭圆
C
的方程为
+
=1(
a
>
b
>0),且可知左焦
点
F
'(-2,0).
从而有
解得
又
a
2
=
b
2
+
c
2
,所以
b
2
=12,
故椭圆
C
的标准方程为
+
=1.
解法二:依题意,可设椭圆
C
的方程为
+
=1(
a
>
b
>0),则
解得
b
2
=12或
b
2
=-3(舍去),从而
a
2
=16,所以椭圆
C
的标准方程为
+
=1.
答案
+
=1
考点二 椭圆的几何性质
考向基础
焦点在
x
轴上
焦点在
y
轴上
标准方程
+
=1(
a
>
b
>0)
+
=1(
a
>
b
>0)
一般方程
Ax
2
+
By
2
=1(
A
>0,
B
>0,
A
≠
B
)
图形
焦点坐标
F
1
(-
c
,0),
F
2
(
c
,0)
F
1
(0,-
c
),
F
2
(0,
c
)
顶点坐标
A
1
(-
a
,0),
A
2
(
a
,0),
B
1
(0,-
b
),
B
2
(0,
b
)
A
1
(0,-
a
),
A
2
(0,
a
),
B
1
(-
b
,0),
B
2
(
b
,0)
长轴
长轴长
A
1
A
2
=2
a
,
a
是长半轴的长
短轴
短轴长
B
1
B
2
=2
b
,
b
是短半轴的长
焦距
焦距
F
1
F
2
=2
c
,
c
是半焦距
范围
|
x
|
≤
a
,|
y
|
≤
b
|
x
|
≤
b
,|
y
|
≤
a
离心率
e
=
=
(0<
e
<1)
e
越接近1,椭圆越扁;
e
越接近0,椭圆越圆
【知识拓展】
1.如图,过椭圆的一个焦点且与长轴垂直的弦
AB
长为
,称为通径.
2.如图,
P
为椭圆上的点,
F
1
,
F
2
为椭圆的两个焦点,且∠
F
1
PF
2
=
θ
,则△
F
1
PF
2
的
面积为
b
2
·tan
.
3.椭圆
+
=1与
+
=
k
(其中
a
>
b
>0,
k
>0)有相同的离心率.
4.
a
+
c
与
a
-
c
分别为椭圆上的点到焦点距离的最大值和最小值.
5.设
P
,
A
,
B
是椭圆上不同的三点,其中
A
,
B
关于原点对称,则直线
PA
与
PB
的斜
率之积为定值-
.
考向一 求椭圆的离心率
考向突破
例3 (2020届安徽合肥调研,4)椭圆
+
=1(
a
>
b
>0)的左、右焦点分别是
F
1
、
F
2
,以
F
2
为圆心的圆过椭圆的中心,且与椭圆的一个交点为
P
,若直线
PF
1
恰好与圆
F
2
相切于点
P
,则椭圆的离心率为
( )
A.
-1 B.
C.
D.
解析 解法一:∵直线
PF
1
恰好与圆
F
2
相切于点
P
,∴
PF
1
⊥
PF
2
,∵圆
F
2
过原
点,∴|
PF
2
|=
c
,又∵|
PF
1
|+|
PF
2
|=2
a
,∴|
PF
1
|=2
a
-
c
.在Rt△
F
1
PF
2
中,|
PF
1
|
2
+|
PF
2
|
2
=
|
F
1
F
2
|
2
,即(2
a
-
c
)
2
+
c
2
=4
c
2
,∴
c
2
+2
ac
-2
a
2
=0,∴
e
2
+2
e
-2=0,又∵0<
e
<1,∴
e
=
-1,故
选A.
解法二:∵直线
PF
1
恰好与圆
F
2
相切于点
P
,∴
PF
1
⊥
PF
2
,∵圆
F
2
过原点,∴|
PF
2
|
=
c
,又∵|
F
1
F
2
|=2
c
,∴|
PF
1
|=
c
,由椭圆的定义知|
PF
1
|+|
PF
2
|=2
a
,即
c
+
c
=2
a
,
∴
e
=
=
=
-1,故选A.
答案 A
考向二 解焦点三角形问题
例4 (2019四川成都顶级名校调研,6)已知
F
1
,
F
2
是椭圆
C
:
+
=1(
a
>
b
>0)
的两个焦点,
P
为椭圆
C
上一点,且
⊥
,若△
PF
1
F
2
的面积为9,则
b
的值
为
( )
A.1 B.2 C.3 D.4
解析 根据椭圆的定义可知|
PF
1
|+|
PF
2
|=2
a
,又∵
⊥
,∴
|
PF
1
||
PF
2
|=9,|
PF
1
|
2
+|
PF
2
|
2
=4
c
2
.由(|
PF
1
|+|
PF
2
|)
2
=|
PF
1
|
2
+|
PF
2
|
2
+2|
PF
1
||
PF
2
|,得4
a
2
=4
c
2
+2
×
18.
∴
a
2
-
c
2
=9,即
b
2
=9,又知
b
>0,∴
b
=3,故选C.
答案 C
考向基础
1.直线与椭圆的位置关系的判断
把椭圆方程
+
=1(
a
>
b
>0)与直线方程
y
=
kx
+
h
联立消去
y
,整理成
Ax
2
+
Bx
+
C
=0(
A
≠
0)的形式,则:
2.直线被椭圆截得的弦长公式:设直线与椭圆交于
A
(
x
1
,
y
1
),
B
(
x
2
,
y
2
)两点,则
|
AB
|=
=
·
Δ
=
B
2
-4
AC
直线与椭圆的位置关系
Δ
>0
直线与椭圆相交,有两个公共点
Δ
=0
直线与椭圆相切,有一个公共点
Δ
<0
直线与椭圆相离,无公共点
考点三 直线与椭圆的位置关系
=
=
·
(
k
为直线斜率,
k
≠
0).
考向一 直线与椭圆的位置关系的判定
考向突破
例5 直线
y
=
kx
-
k
+1与椭圆
+
=1的位置关系是
( )
A.相交 B.相切 C.相离 D.不确定
解析 解法一:由
得4
x
2
+9(
kx
-
k
+1)
2
-36=0,即(9
k
2
+4)
x
2
+9(2
k
-2
k
2
)
x
+
9(
k
2
-2
k
-3)=0.
∵9
k
2
+4
≠
0,∴
Δ
=18
×
18(
k
-
k
2
)
2
-36(
k
2
-2
k
-3)(9
k
2
+4)=36(32
k
2
+8
k
+12)=72(16
k
2
+
4
k
+6)=72
>0恒成立,
∴直线
y
=
kx
-
k
+1与椭圆
+
=1相交,故选A.
解法二:直线
y
=
kx
-
k
+1=
k
(
x
-1)+1恒过定点(1,1).因为
+
=
<1,所以点(1,1)
在椭圆
+
=1的内部,所以直线
y
=
kx
-
k
+1与椭圆
+
=1相交,故选A.
答案 A
例6 (2019辽宁大连双基测试,9)斜率为1的直线
l
与椭圆
+
y
2
=1相交于
A
,
B
两点,则|
AB
|的最大值为
( )
A.2 B.
C.
D.
考向二 直线与椭圆相交的弦长问题
解析 设
A
,
B
两点的坐标分别为(
x
1
,
y
1
),(
x
2
,
y
2
),直线
l
的方程为
y
=
x
+
t
,由
消去
y
得5
x
2
+8
tx
+4(
t
2
-1)=0,则
x
1
+
x
2
=-
,
x
1
x
2
=
,∴|
AB
|=
·
=
·
=
·
,∴当
t
=0时,|
AB
|
max
=
,故
选C.
答案 C
方法1
求椭圆的标准方程的方法
1.
定义法
:根据椭圆的定义确定2
a
,2
c
,然后确定
a
2
,
b
2
的值,再结合焦点位置写
出椭圆的标准方程.
2.
待定系数法
:根据椭圆焦点的位置设出相应形式的标准方程,然后根据条
件列出关于
a
,
b
的方程组,解出
a
,
b
,从而写出椭圆的标准方程.
3.当椭圆焦点位置不明确而无法确定标准方程时,可设为
+
=1(
m
>0,
n
>
0,
m
≠
n
)
,也可设为
Ax
2
+
By
2
=1(
A
>0,
B
>0,
A
≠
B
)
.
方法技巧
例1 (2019课标全国Ⅰ,12,5分)已知椭圆
C
的焦点为
F
1
(-1,0),
F
2
(1,0),过
F
2
的
直线与
C
交于
A
,
B
两点.若|
AF
2
|=2|
F
2
B
|,|
AB
|=|
BF
1
|,则
C
的方程为
( )
A.
+
y
2
=1 B.
+
=1
C.
+
=1 D.
+
=1
解析 本题考查了椭圆的定义、椭圆的方程和余弦定理的应用;考查了数
学运算能力和方程的思想;考查的核心素养是数学运算.
令|
F
2
B
|=
x
(
x
>0),则|
AF
2
|=2
x
,|
AB
|=3
x
,|
BF
1
|=3
x
,
|
AF
1
|=4
a
-(|
AB
|+|
BF
1
|)=4
a
-6
x
,
由椭圆的定义知|
BF
1
|+|
BF
2
|=2
a
=4
x
,
所以|
AF
1
|=2
x
.
在△
BF
1
F
2
中,由余弦定理得|
BF
1
|
2
=|
F
2
B
|
2
+|
F
1
F
2
|
2
-2|
F
2
B
|·|
F
1
F
2
|cos∠
BF
2
F
1
,
即9
x
2
=
x
2
+2
2
-4
x
cos∠
BF
2
F
1
①,
在△
AF
1
F
2
中,由余弦定理得|
AF
1
|
2
=|
AF
2
|
2
+|
F
1
F
2
|
2
-2|
AF
2
|·|
F
1
F
2
|cos∠
AF
2
F
1
,
即4
x
2
=4
x
2
+2
2
-8
x
cos∠
AF
2
F
1
②,
由①②得
x
=
,
所以2
a
=4
x
=2
,
a
=
,
b
2
=
a
2
-
c
2
=2.
故椭圆的方程为
+
=1.故选B.
答案 B
方法2
求椭圆的离心率(或其取值范围)的方法
1.求解椭圆离心率常用的方法:(1)若给定椭圆的方程,则根据椭圆的焦点位
置确定
a
2
,
b
2
,求出
a
,
c
的值,从而利用公式
e
=
直接求解;(2)若椭圆的方程未
知,则根据条件及几何图形建立关于
a
,
b
,
c
的等式,化为关于
a
,
c
的齐次方程,
进而转化为关于
e
的方程进行求解,最后注意
e
的取值范围.
2.求椭圆离心率的取值范围与求离心率类似,也是根据几何图形建立关
于
a
,
c
的齐次不等式进行求解.
例2 椭圆
C
:
+
=1(
a
>
b
>0)的左焦点为
F
,若
F
关于直线
x
+
y
=0的对称
点
A
是椭圆
C
上的点,则椭圆
C
的离心率为( )
A.
B.
C.
D.
-1
解析 解法一:设
F
(-
c
,0)关于直线
x
+
y
=0的对称点
A
的坐标为(
m
,
n
),
则
∴
m
=
,
n
=
c
,即
A
,
∵点
A
在椭圆
C
上,∴
+
=1,把
b
2
=
a
2
-
c
2
代入,
化简可得
e
4
-8
e
2
+4=0,解得
e
2
=4
±
2
,又0<
e
<1,
∴
e
=
-1,故选D.
解法二:设右焦点为
F
',
AF
交直线
x
+
y
=0于点
M
,则
AF
⊥
OM
且
M
为
AF
的中
点,连接
AF
'.∵
O
为
FF
'的中点,∴
OM
∥
AF
',∴
AF
⊥
AF
'.
∵直线
x
+
y
=0的倾斜角为120
°
,∴∠
MOF
=60
°
,
∴∠
AF
'
F
=60
°
.
在Rt△
AFF
'中,不妨设|
AF
'|=1,则|
FF
'|=2,|
AF
|=
,
∴
e
=
=
=
=
-1.故选D.
答案 D
例3 (2020届安徽六校第一次联考,10)已知椭圆
C
:
+
=1(
a
>
b
>0)的右
焦点为
F
,短轴的一个端点为
P
,直线
l
:4
x
-3
y
=0与椭圆相交于
A
、
B
两点.若|
AF
|+
|
BF
|=6,点
P
到直线
l
的距离不小于
,则椭圆离心率的取值范围为
( )
A.
B.
C.
D.
解析 设椭圆的左焦点为
F
',连接
AF
',
BF
',如图所示.
由椭圆的对称性可知,
A
,
B
关于原点对称,则|
OA
|=|
OB
|,
又|
OF
'|=|
OF
|,∴四边形
AFBF
'为平行四边形,
∴|
AF
|=|
BF
'|,
又|
AF
|+|
BF
|=|
BF
|+|
BF
'|=2
a
=6,解得
a
=3.
不妨设
P
(0,
b
),则由点
P
(0,
b
)到直线
l
的距离不小于
,得
≥
,
解得
b
≥
2,
∴
e
=
=
≤
,又0<
e
<1,∴
e
∈
,故选C.
答案 C
方法3
解决弦中点问题的方法
涉及直线与圆锥曲线相交弦的中点和弦所在直线的斜率问题时,常用“点
差法”“设而不求法”,并借助一元二次方程根的判别式、根与系数的关
系、中点坐标公式及参数法求解,但在求得直线方程后,一定要代入原方程
进行检验.
例4 已知点
A
、
B
的坐标分别是(-1,0)、(1,0),直线
AM
、
BM
相交于点
M
,且
它们的斜率之积为-2.
(1)求动点
M
的轨迹方程;
(2)若过点
N
的直线
l
交动点
M
的轨迹于
C
、
D
两点,且
N
为线段
CD
的中
点,求直线
l
的方程.
解析 (1)设
M
(
x
,
y
),
因为
k
AM
·
k
BM
=-2,所以
·
=-2(
x
≠
±
1),
化简得2
x
2
+
y
2
=2(
x
≠
±
1),即为动点
M
的轨迹方程.
(2)设
C
(
x
1
,
y
1
),
D
(
x
2
,
y
2
).
解法一:当直线
l
⊥
x
轴时,直线
l
的方程为
x
=
,则
C
,
D
,此时线
段
CD
的中点不是
N
,不合题意.
故设直线
l
的方程为
y
-1=
k
,
将(
x
1
,
y
1
),(
x
2
,
y
2
)代入2
x
2
+
y
2
=2(
x
≠
±
1)得
2
+
=2,
①
2
+
=2,
②
①-②整理得
k
=
=-
=-
=-1,
∴直线
l
的方程为
y
-1=-1
×
,
即所求直线
l
的方程为2
x
+2
y
-3=0.
解法二:当直线
l
⊥
x
轴时,直线
l
的方程为
x
=
,则
C
,
D
,此时线
段
CD
的中点不是
N
,不合题意.
故设直线
l
的方程为
y
-1=
k
,将其代入2
x
2
+
y
2
=2(
x
≠
±
1),化简得(2+
k
2
)
x
2
+
2
k
x
+
-2=0(
x
≠
±
1),
所以4
k
2
-4(2+
k
2
)
>0,
①
由根与系数的关系得
又由
N
为线段
CD
的中点得
=-
=
,解得
k
=-1,将
k
=-1代入①中可
知满足条件.
此时直线
l
的方程为
y
-1=-1
×
,即2
x
+2
y
-3=0.
故所求直线
l
的方程为2
x
+2
y
-3=0.