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  • 2021-06-24 发布

高科数学专题复习课件:9_5 椭 圆

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§9.5  椭 圆 基础知识   自主学习 课时作业 题型分 类  深度剖析 内容索引 基础知识 自主学习 1. 椭圆的概念 平面内与两个定点 F 1 , F 2 的距离之和等于常数 ( 大于 | F 1 F 2 |) 的点的轨迹 叫做 . 这两个定点叫做椭圆 的 , 两焦点间的距离叫做椭圆 的 . 集合 P = { M || MF 1 | + | MF 2 | = 2 a } , | F 1 F 2 | = 2 c ,其中 a >0 , c >0 ,且 a , c 为常数: (1) 若 , 则集合 P 为椭圆; (2) 若 , 则集合 P 为线段; (3) 若 , 则集合 P 为空集 . 知识梳理 椭圆 焦点 焦距 a > c a = c a < c 标准方程 ( a > b >0) ( a > b >0) 图形 性 质 范围 - a ≤ x ≤ a - b ≤ y ≤ b - b ≤ x ≤ b - a ≤ y ≤ a 对称性 对称轴:坐标轴  对称中心:原点 2. 椭圆的标准方程和几何性质 性 质 顶点 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) 轴 长轴 A 1 A 2 的长 为 ; 短轴 B 1 B 2 的长 为 焦距 | F 1 F 2 | = ___ 离心率 e = ∈ (0,1) a , b , c 的关系 2 a 2 b 2 c a 2 = b 2 + c 2 点 P ( x 0 , y 0 ) 和椭圆的关系 (1) 点 P ( x 0 , y 0 ) 在椭圆内 ⇔ (2) 点 P ( x 0 , y 0 ) 在椭圆上 ⇔ (3) 点 P ( x 0 , y 0 ) 在椭圆外 ⇔ 知识 拓展 判断下列结论是否正确 ( 请在括号中打 “√” 或 “×” ) (1) 平面内与两个定点 F 1 , F 2 的距离之和等于常数的点的轨迹 是椭圆 . (    ) (2) 椭圆上一点 P 与两焦点 F 1 , F 2 构成 △ PF 1 F 2 的周长为 2 a + 2 c ( 其中 a 为椭圆的长半轴长, c 为椭圆的半焦距 ).(    ) (3) 椭圆的离心率 e 越大,椭圆就越圆 .(    ) (4) 方程 mx 2 + ny 2 = 1( m >0 , n >0 , m ≠ n ) 表示的曲线是椭圆 .(    ) 思考辨析 × × √ √ × √ 1.( 教材改编 ) 椭圆 的 焦距为 4 ,则 m 等于 A.4 B.8 C.4 或 8 D.12 考点自测 答案 解析 解得 m = 4 或 m = 8. 2.(2015· 广东 ) 已知 椭圆 的 左焦点为 F 1 ( - 4,0) ,则 m 等于 A.2 B.3 C.4 D.9 答案 解析 由题意知 25 - m 2 = 16 ,解得 m 2 = 9 ,又 m >0 ,所以 m = 3. 3.(2016· 全国乙卷 ) 直线 l 经过椭圆的一个顶点和一个焦点,若椭圆中心到 l 的距离为其短轴长 的 , 则该椭圆的离心率 为 答案 解析 4. 如果方程 x 2 + ky 2 = 2 表示焦点在 y 轴上的椭圆,那么实数 k 的取值范围是 _____. 答案 解析 (0,1) 即 k <1 ,又 k >0 ,所以 0< k <1. 5.( 教材改编 ) 已知点 P 是 椭圆 = 1 上 y 轴右侧的一点,且以点 P 及焦点 F 1 , F 2 为顶点的三角形的面积等于 1 ,则点 P 的坐标 为 _______________________. 答案 解析 设 P ( x , y ) ,由题意知 c 2 = a 2 - b 2 = 5 - 4 = 1 , 所以 c = 1 ,则 F 1 ( - 1,0) , F 2 (1,0) ,由题意可得点 P 到 x 轴的距离为 1 , 题型分类 深度剖析 例 1   ( 2016· 济南模拟 ) 如图所示,一圆形纸片的圆心为 O , F 是圆内一定点, M 是圆周上一动点,把纸片折叠使 M 与 F 重合,然后抹平纸片,折痕为 CD ,设 CD 与 OM 交于点 P ,则点 P 的轨迹 是 A. 椭圆 B . 双曲线 C. 抛物线 D . 圆 题型一 椭圆的定义及标准方程 命题点 1  利用定义求轨迹 答案 解析 几何画板展示 由条件知 | PM | = | PF |. ∴ | PO | + | PF | = | PO | + | PM | = | OM | = R >| OF |. ∴ P 点的轨迹是以 O , F 为焦点的椭圆 . 命题点 2  利用待定系数法求椭圆方程 例 2   (1) 已知椭圆以坐标轴为对称轴,且长轴长是短轴长的 3 倍, 并且 过 点 P (3,0) ,则椭圆的方程为 ______________________. 答案 解析 答案 解析 设椭圆方程为 mx 2 + ny 2 = 1( m >0 , n >0 且 m ≠ n ). ∵ 椭圆经过点 P 1 , P 2 , ∴ 点 P 1 , P 2 的坐标适合椭圆方程 . 命题点 3  利用定义解决 “ 焦点三角形 ” 问题 答案 解析 3 设 | PF 1 | = r 1 , | PF 2 | = r 2 , = 4 a 2 - 4 c 2 = 4 b 2 , 又 ∵ = r 1 r 2 = b 2 = 9 , ∴ b = 3. 引申 探究 1. 在例 3 中增加条件 “△ PF 1 F 2 的周长为 18 ” ,其他条件不变,求该椭圆的方程 . 由原题得 b 2 = a 2 - c 2 = 9 , 又 2 a + 2 c = 18 , 所以 a - c = 1 ,解得 a = 5 , 解答 解答 | PF 1 | + | PF 2 | = 2 a ,又 ∠ F 1 PF 2 = 60° , 所以 | PF 1 | 2 + | PF 2 | 2 - 2| PF 1 || PF 2 |cos 60 ° = | F 1 F 2 | 2 , 即 (| PF 1 | + | PF 2 |) 2 - 3| PF 1 || PF 2 | = 4 c 2 , 所以 3| PF 1 || PF 2 | = 4 a 2 - 4 c 2 = 4 b 2 , 所以 b = 3. 思维 升华 (1) 求椭圆的方程多采用定义法和待定系数法,利用椭圆的定义定形状时,一定要注意常数 2 a >| F 1 F 2 | 这一条件 . (2) 求椭圆标准方程的基本方法是待定系数法,具体过程是先定形,再定量,即首先确定焦点所在位置,然后再根据条件建立关于 a , b 的方程组 . 如果焦点位置不确定,要考虑是否有两解,有时为了解题方便,也可把椭圆方程设为 mx 2 + ny 2 = 1( m >0 , n >0 , m ≠ n ) 的形式 . (3) 当 P 在椭圆上时,与椭圆的两焦点 F 1 , F 2 组成的三角形通常称为 “ 焦点三角形 ” ,利用定义可求其周长;利用定义和余弦定理可求 | PF 1 |·| PF 2 | ;通过整体代入可求其面积等 . 跟踪训练 1   (1) 已知两圆 C 1 : ( x - 4) 2 + y 2 = 169 , C 2 : ( x + 4) 2 + y 2 = 9 ,动圆在圆 C 1 内部且和圆 C 1 相内切,和圆 C 2 相外切,则动圆圆心 M 的轨迹方程 为 答案 解析 几何画板展示 设圆 M 的半径为 r , 则 | MC 1 | + | MC 2 | = (13 - r ) + (3 + r ) = 16>8 = | C 1 C 2 | , 所以 M 的轨迹是以 C 1 , C 2 为焦点的椭圆, 且 2 a = 16,2 c = 8 , 答案 解析 ∴ PF 1 ⊥ PF 2 , ∠ F 1 PF 2 = 90°. 设 | PF 1 | = m , | PF 2 | = n , 则 m + n = 4 , m 2 + n 2 = 12,2 mn = 4 , 例 4   (1) 已知点 F 1 , F 2 是椭圆 x 2 + 2 y 2 = 2 的左,右焦点,点 P 是该椭圆上的一个动点, 那么 的 最小值 是 题型二 椭圆的几何性质 A.0 B.1 C.2 D.2 答案 解析 (2)(2016· 全国丙卷 ) 已知 O 为坐标原点, F 是椭圆 C : ( a > b > 0 ) 的左焦点, A , B 分别为椭圆 C 的左,右顶点 . P 为 C 上一点,且 PF ⊥ x 轴 . 过点 A 的直线 l 与线段 PF 交于点 M ,与 y 轴交于点 E . 若直线 BM 经过 OE 的中点,则 C 的离心率 为 答案 解析 (1) 利用椭圆几何性质的注意点及技巧 ① 注意椭圆几何性质中的不等关系 在求与椭圆有关的一些量的范围,或者最大值、最小值时,经常用到椭圆标准方程中 x , y 的范围,离心率的范围等不等关系 . ② 利用椭圆几何性质的技巧 求解与椭圆几何性质有关的问题时,要结合图形进行分析,当涉及顶点、焦点、长轴、短轴等椭圆的基本量时,要理清它们之间的内在联系 . (2) 求椭圆的离心率问题的一般思路 求椭圆的离心率或其范围时,一般是依据题设得出一个关于 a , b , c 的等式或不等式,利用 a 2 = b 2 + c 2 消去 b ,即可求得离心率或离心率的范围 . 思维 升华 答案 解析 解得 B , C 两点坐标为 又因为 b 2 = a 2 - c 2 . 题型三 直线与椭圆 解答 又 a 2 - c 2 = b 2 = 3 ,所以 c 2 = 1 ,因此 a 2 = 4. (2) 设过点 A 的直线 l 与椭圆交于点 B ( B 不在 x 轴上 ) ,垂直于 l 的直线与 l 交于点 M ,与 y 轴交于点 H . 若 BF ⊥ HF ,且 ∠ MOA ≤∠ MAO ,求直线 l 的斜率的取值范围 . 解答 设直线 l 的斜率为 k ( k ≠ 0) , 则直线 l 的方程为 y = k ( x - 2). 整理得 (4 k 2 + 3) x 2 - 16 k 2 x + 16 k 2 - 12 = 0. 由 (1) 知, F (1,0) ,设 H (0 , y H ) , 在 △ MAO 中, ∠ MOA ≤∠ MAO ⇔ | MA | ≤ | MO | , 思维 升华 (1) 解决直线与椭圆的位置关系的相关问题,其常规思路是先把直线方程与椭圆方程联立,消元、化简,然后应用根与系数的关系建立方程,解决相关问题 . 涉及弦中点的问题时用 “ 点差法 ” 解决,往往会更简单 . 提醒 :利用公式计算直线被椭圆截得的弦长是在方程有解的情况下进行的,不要忽略判别式 . 解答 则 4 x 2 + 5 y 2 = 80 与 y = x - 4 联立, 解答 (2) 如果 △ BMN 的重心恰好为椭圆的右焦点 F ,求直线 l 方程的一般式 . 椭圆右焦点 F 的坐标为 (2,0) , 设线段 MN 的中点为 Q ( x 0 , y 0 ) , 由三角形重心的性质知 又 B (0,4) , ∴ (2 ,- 4) = 2( x 0 - 2 , y 0 ) , 故得 x 0 = 3 , y 0 =- 2 , 即 Q 的坐标为 (3 ,- 2). 设 M ( x 1 , y 1 ) , N ( x 2 , y 2 ) , 则 x 1 + x 2 = 6 , y 1 + y 2 =- 4 , 即 6 x - 5 y - 28 = 0. 高考 中求椭圆的离心率问题 高频 小考点 8 离心率 是椭圆的重要几何性质,是高考重点考查的一个知识点,这类问题一般有两类:一类是根据一定的条件求椭圆的离心率;另一类是根据一定的条件求离心率的取值范围,无论是哪类问题,其难点都是建立关于 a , b , c 的关系式 ( 等式或不等式 ) ,并且最后要把其中的 b 用 a , c 表示,转化为关于离心率 e 的关系式,这是化解有关椭圆的离心率问题难点的根本方法 . 考点分析 典例 1   (2015· 福建 ) 已知椭圆 E : ( a > b > 0) 的右焦点为 F ,短轴的一个端点为 M ,直线 l : 3 x - 4 y = 0 交椭圆 E 于 A , B 两点 . 若 | AF | + | BF | = 4 ,点 M 到直线 l 的距离不 小于 , 则椭圆 E 的离心率的取值范围 是 答案 解析 左焦点 F 0 ,连接 F 0 A , F 0 B ,则四边形 AFBF 0 为平行四边形 . ∵ | AF | + | BF | = 4 , ∴ | AF | + | AF 0 | = 4 , ∴ a = 2. 典例 2   ( 12 分 ) (2016 · 浙江 ) 如 图,设 椭圆 + y 2 = 1( a > 1). (1) 求直线 y = kx + 1 被椭圆截得的线段长 ( 用 a , k 表示 ) ; 解答 设直线 y = kx + 1 被椭圆截得的线段为 AM , (2) 若任意以点 A (0,1) 为圆心的圆与椭圆至多有 3 个公共点,求椭圆离心率的取值范围 . 解答 假设圆与椭圆的公共点有 4 个,由对称性可设 y 轴左侧的椭圆上有两个不同的点 P , Q ,满足 | AP | = | AQ |. 记直线 AP , AQ 的斜率分别为 k 1 , k 2 , 且 k 1 >0 , k 2 > 0 , k 1 ≠ k 2 . [ 5 分 ] 因为 ① 式关于 k 1 , k 2 的方程有解的充要条件是 1 + a 2 ( a 2 - 2) > 1 ,所以 a > . 因此,任意以点 A (0,1) 为圆心的圆与椭圆至多有 3 个公共点的充要条件为 1 < a ≤ , [ 10 分 ] 课时作业 1.(2016· 湖南六校联考 ) 已知椭圆的中心在原点,离心率 e = , 且它的一个焦点与抛物线 y 2 =- 4 x 的焦点重合,则此椭圆方程 为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 √ 由已知可得抛物线的焦点为 ( - 1,0) ,所以 c = 1 , 解得 a = 2 , b 2 = a 2 - c 2 = 3 , 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 当 9>4 - k >0 ,即 4> k > - 5 时, a = 3 , c 2 = 9 - (4 - k ) = 5 + k , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 c 2 =- k - 5 , √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4.2016 年 1 月 14 日,国防科工局宣布,嫦娥四号任务已经通过了探月工程重大专项领导小组审议通过,正式开始实施 . 如图所示,假设 “ 嫦娥四号 ” 卫星将沿地月转移轨道飞向月球后,在月球附近一点 P 变轨进入以月球球心 F 为一个焦点的椭圆轨道 Ⅰ 绕月飞行,之后卫星在 P 点第二次变轨进入仍以 F 为一个焦点的椭圆轨道 Ⅱ 绕月飞行 . 若用 2 c 1 和 2 c 2 分别表示椭圆轨道 Ⅰ 和 Ⅱ 的焦距,用 2 a 1 和 2 a 2 分别表示椭圆轨道 Ⅰ 和 Ⅱ 的长轴长,给出下列式子: ① a 1 + c 1 = a 2 + c 2 ; ② a 1 - c 1 = a 2 - c 2 ; ③ ; ④ c 1 a 2 > a 1 c 2 . 其中正确式子的 序号是 A. ①③ B . ①④ C . ②③ D . ②④ √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 观察图形可知 a 1 + c 1 > a 2 + c 2 ,即 ① 式不正确; a 1 - c 1 = a 2 - c 2 = | PF | ,即 ② 式正确; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5.(2016· 贵州七校联考 ) 以椭圆上一点和两个焦点为顶点的三角形的面积的最大值为 1 ,则椭圆长轴长的最小值 为 答案 解析 √ 设 a , b , c 分别为椭圆的长半轴长,短半轴长,半焦距, 依题意知,当三角形的高为 b 时面积最大, ( 当且仅当 b = c = 1 时取等号 ) ,故选 D. √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A 1 ( - a, 0) , A 2 ( a, 0) , ∴ y 2 = ax - x 2 >0 , ∴ 0< x < a . 整理得 ( b 2 - a 2 ) x 2 + a 3 x - a 2 b 2 = 0 ,其在 (0 , a ) 上有解, 令 f ( x ) = ( b 2 - a 2 ) x 2 + a 3 x - a 2 b 2 , ∵ f (0) =- a 2 b 2 <0 , f ( a ) = 0 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 如图, Δ = ( a 3 ) 2 - 4( b 2 - a 2 )·( - a 2 b 2 ) = a 2 ( a 4 - 4 a 2 b 2 + 4 b 4 ) = a 2 ( a 2 - 2 b 2 ) 2 ≥ 0 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7. 若 椭圆 ( a >0 , b >0) 的焦点在 x 轴上,过点 (2,1) 作圆 x 2 + y 2 = 4 的切线,切点分别为 A , B ,直线 AB 恰好经过椭圆的右焦点和上顶点 , 则 椭圆方程为 ____________. 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设切点坐标为 ( m , n ) , 即 m 2 + n 2 - n - 2 m = 0. ∵ m 2 + n 2 = 4 , ∴ 2 m + n - 4 = 0 , 即直线 AB 的方程为 2 x + y - 4 = 0. ∵ 直线 AB 恰好经过椭圆的右焦点和上顶点, ∴ 2 c - 4 = 0 , b - 4 = 0 ,解得 c = 2 , b = 4 , ∴ a 2 = b 2 + c 2 = 20 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8. 已知 P 为 椭圆 上 的一点, M , N 分别为圆 ( x + 3) 2 + y 2 = 1 和圆 ( x - 3) 2 + y 2 = 4 上的点,则 | PM | + | PN | 的最小值为 ___. 答案 解析 7 由题意知椭圆的两个焦点 F 1 , F 2 分别是两圆的圆心,且 | PF 1 | + | PF 2 | = 10 ,从而 | PM | + | PN | 的最小值为 | PF 1 | + | PF 2 | - 1 - 2 = 7. 9.(2017· 石家庄 质检 ) 椭圆 + y 2 = 1 的左,右焦点分别为 F 1 , F 2 ,点 P 为椭圆上一动点,若 ∠ F 1 PF 2 为钝角,则点 P 的横坐标的取值范围 是 ________________. 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设椭圆上一点 P 的坐标为 ( x , y ) , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ∵△ AOP 是等腰三角形, A ( - a, 0) , ∴ P (0 , a ). ∴ ( x 0 , y 0 - a ) = 2( - a - x 0 ,- y 0 ). 解答 4 a 2 + 4 b 2 = 5 a 2 ,4 a 2 + 4( a 2 - c 2 ) = 5 a 2 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2) 若斜率为 2 的直线 l 过点 (0,2) ,且 l 交椭圆 C 于 P , Q 两点, OP ⊥ OQ ,求直线 l 的方程及椭圆 C 的方程 . 解答 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设 P ( x 1 , y 1 ) , Q ( x 2 , y 2 ) , 直线 l 的方程为 y - 2 = 2( x - 0) ,即 2 x - y + 2 = 0. 得 x 2 + 4(2 x + 2) 2 - 4 b 2 = 0 , 即 17 x 2 + 32 x + 16 - 4 b 2 = 0. Δ = 32 2 + 16 × 17( b 2 - 4)>0 ,解得 b > . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 即 x 1 x 2 + y 1 y 2 = 0 , x 1 x 2 + (2 x 1 + 2)(2 x 2 + 2) = 0 , 5 x 1 x 2 + 4( x 1 + x 2 ) + 4 = 0. 解答 又因为 B (0 , b ) , F ( - c, 0) , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2) 设直线 BF 与椭圆交于点 P ( P 异于点 B ) ,过点 B 且垂直于 BP 的直线与椭圆交于点 Q ( Q 异于点 B ) ,直线 PQ 与 y 轴交于点 M , | PM | = λ | MQ |. ① 求 λ 的值; ② 若 | PM |sin ∠ BQP = , 求椭圆的方程 . 解答 设点 P ( x P , y P ) , Q ( x Q , y Q ) , M ( x M , y M ). 直线 BF 的方程为 y = 2 x + 2 c . 将直线方程与椭圆方程联立,消去 y ,整理得 3 x 2 + 5 cx = 0 , 因为 BQ ⊥ BP ,所以直线 BQ 的方程为 y =- x + 2 c ,与椭圆方程联立,消去 y ,整理得 21 x 2 - 40 cx = 0 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.(2016· 长春调研 ) 已知 椭圆 ( a > b >0 ) 的左焦点为 F ,右顶点为 A ,上顶点为 B , O 为坐标原点, M 为椭圆上任意一点 . 过 F , B , A 三点的圆的圆心坐标为 ( p , q ). (1) 当 p + q ≤ 0 时,求椭圆的离心率的取值范围; 解 答 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设椭圆半焦距为 c . 整理得 ab - bc + b 2 - ac ≤ 0 ,即 ( a + b )( b - c ) ≤ 0 , 所以 b ≤ c ,于是 b 2 ≤ c 2 ,即 a 2 = b 2 + c 2 ≤ 2 c 2 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解 答 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13