基礎(chǔ)知識(shí)整合

1.橢圓的概念
在平面內(nèi)到兩定點(diǎn)F1,F(xiàn)2的距離的和等于常數(shù)(大于|F1F2|)的點(diǎn)的軌跡(或集合)叫做橢圓.這兩定點(diǎn)叫做橢圓的焦點(diǎn),兩焦點(diǎn)間的距離叫做焦距.
集合P={M||MF1|+|MF2|=2a},|F1F2|=2c,其中a>0,c>0,且a,c為常數(shù):
(1)若a>c,則集合P表示橢圓;
(2)若a=c,則集合P表示線段;
(3)若ab>0)
+=1(a>b>0)
圖形


性質(zhì)
范圍
-a≤x≤a
-b≤y≤b
-b≤x≤b
-a≤y≤a
對(duì)稱(chēng)性
對(duì)稱(chēng)軸:坐標(biāo)軸  對(duì)稱(chēng)中心:原點(diǎn)
頂點(diǎn)
A1(-a,0),A2(a,0)
B1(0,-b),B2(0,b)
A1(0,-a),A2(0,a)
B1(-b,0),B2(b,0)

長(zhǎng)軸A1A2的長(zhǎng)為2a;短軸B1B2的長(zhǎng)為2b
焦距
|F1F2|=2c
焦點(diǎn)
F1(-c,0),F(xiàn)2(c,0)
F1(0,-c),F(xiàn)2(0,c)
離心率
e=∈(0,1)
a,b,c的關(guān)系
c2=a2-b2

1.橢圓的焦點(diǎn)三角形
橢圓上的點(diǎn)P(x0,y0)與兩焦點(diǎn)構(gòu)成的△PF1F2叫做焦點(diǎn)三角形.如圖所示,設(shè)∠F1PF2=θ.

(1)當(dāng)P為短軸端點(diǎn)時(shí),θ最大.
(2)S=|PF1||PF2|sinθ=b2tan=c|y0|,當(dāng)|y0|=b時(shí),即點(diǎn)P為短軸端點(diǎn)時(shí),S取最大值,最大值為bc.
(3)焦點(diǎn)三角形的周長(zhǎng)為2(a+c).
(4)4c2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cosθ.
2.焦點(diǎn)弦(過(guò)焦點(diǎn)的弦):焦點(diǎn)弦中以通徑(垂直于長(zhǎng)軸的焦點(diǎn)弦)最短,弦長(zhǎng)lmin=.
3.AB為橢圓+=1(a>b>0)的弦,A(x1,y1),B(x2,y2),弦中點(diǎn)M(x0,y0),則
(1)弦長(zhǎng)l=|x1-x2|=|y1-y2|;
(2)直線AB的斜率kAB=-.

1.已知橢圓+=1(m>0)的左焦點(diǎn)為F1(-4,0),則m=(  )
A.2 B.3
C.4 D.9
答案 B
解析 由4=(m>0 )?m=3,故選B.
2.若橢圓x2+my2=1的焦點(diǎn)在y軸上,且長(zhǎng)軸長(zhǎng)是短軸長(zhǎng)的兩倍,則m的值為(  )
A. B.
C.2 D.4
答案 A
解析 將原方程變形為x2+=1.由題意知a2=,b2=1,∴a=,b=1.∴=2,∴m=.
3.(2019·北京高考)已知橢圓+=1(a>b>0)的離心率為,則(  )
A.a(chǎn)2=2b2 B.3a2=4b2
C.a(chǎn)=2b D.3a=4b
答案 B
解析 因?yàn)闄E圓的離心率e==,所以a2=4c2.
又a2=b2+c2,所以3a2=4b2.故選B.
4.已知中心在原點(diǎn)的橢圓C的右焦點(diǎn)為F(1,0),離心率等于,則橢圓C的方程是(  )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
答案 D
解析 依題意,設(shè)橢圓方程為+=1(a>b>0),所以解得a2=9,b2=8.故橢圓C的方程為+=1.
5.(2019·西安模擬)已知點(diǎn)P(x1,y1)是橢圓+=1上的一點(diǎn),F(xiàn)1,F(xiàn)2是其左、右焦點(diǎn),當(dāng)∠F1PF2最大時(shí),△PF1F2的面積是(  )
A. B.12
C.16(2+) D.16(2-)
答案 B
解析 ∵橢圓的方程為+=1,∴a=5,b=4,c==3,∴F1(-3,0),F(xiàn)2(3,0).根據(jù)橢圓的性質(zhì)可知當(dāng)點(diǎn)P與短軸端點(diǎn)重合時(shí),∠F1PF2最大,此時(shí)△PF1F2的面積S=×2×3×4=12,故選B.
6.橢圓3x2+ky2=3的一個(gè)焦點(diǎn)是(0,),則k=________.
答案 1
解析 方程3x2+ky2=3可化為x2+=1.a2=>1=b2,c2=a2-b2=-1=2,解得k=1.
核心考向突破
考向一 橢圓定義及其應(yīng)用
例1 (1)已知圓(x+2)2+y2=36的圓心為M,設(shè)A是圓上任意一點(diǎn),N(2,0),線段AN的垂直平分線交MA于點(diǎn)P,則動(dòng)點(diǎn)P的軌跡是(  )
A.圓 B.橢圓
C.雙曲線 D.拋物線
答案 B
解析 點(diǎn)P在線段AN的垂直平分線上,故|PA|=|PN|.又AM是圓的半徑,所以|PM|+|PA|=|PM|+|PN|=|AM|=6>|MN|.由橢圓的定義知,P的軌跡是橢圓.
(2)設(shè)F1,F(xiàn)2分別是橢圓E:+=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn),過(guò)點(diǎn)F1的直線交橢圓E于A,B兩點(diǎn),|AF1|=3|F1B|,且|AB|=4,△ABF2的周長(zhǎng)為16.則|AF2|=________.
答案 5
解析 由|AF1|=3|F1B|,|AB|=4,得|AF1|=3.∵△ABF2的周長(zhǎng)為16,∴4a=16,∴a=4.則|AF1|+|AF2|=2a=8,∴|AF2|=8-|AF1|=8-3=5.

(1)橢圓定義的應(yīng)用范圍
①確認(rèn)平面內(nèi)與兩定點(diǎn)有關(guān)的軌跡是否為橢圓.
②解決與焦點(diǎn)有關(guān)的距離問(wèn)題.
(2)焦點(diǎn)三角形的應(yīng)用
橢圓上一點(diǎn)P與橢圓的兩焦點(diǎn)組成的三角形通常稱(chēng)為“焦點(diǎn)三角形”,利用定義可求其周長(zhǎng);利用定義和余弦定理可求|PF1|,|PF2|;通過(guò)整體代入可求其面積等.

[即時(shí)訓(xùn)練] 1.(2019·河北保定一模)與圓C1:(x+3)2+y2=1外切,且與圓C2:(x-3)2+y2=81內(nèi)切的動(dòng)圓圓心P的軌跡方程為_(kāi)_______.
答案?。?
解析 設(shè)動(dòng)圓的半徑為r,圓心P(x,y),則有|PC1|=r+1,|PC2|=9-r,所以|PC1|+|PC2|=10>|C1C2|,即點(diǎn)P在以C1(-3,0),C2(3,0)為焦點(diǎn),長(zhǎng)軸長(zhǎng)為10的橢圓上,即點(diǎn)P的軌跡方程為+=1.
2.已知橢圓C:+=1,點(diǎn)M與橢圓C的焦點(diǎn)不重合.若M關(guān)于橢圓C的焦點(diǎn)的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)分別為A,B,線段MN的中點(diǎn)在橢圓C上,則|AN|+|BN|=________.
答案 12
解析 取MN的中點(diǎn)為G,點(diǎn)G在橢圓C上.設(shè)點(diǎn)M關(guān)于橢圓C的焦點(diǎn)F1的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)為A,點(diǎn)M關(guān)于橢圓C的焦點(diǎn)F2的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)為B,則有|GF1|=|AN|,|GF2|=|BN|,所以|AN|+|BN|=2(|GF1|+|GF2|)=4a=12.
考向二 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
例2 (1)(2019·全國(guó)卷Ⅰ)已知橢圓C的焦點(diǎn)為F1(-1,0),F(xiàn)2(1,0),過(guò)F2的直線與C交于A,B兩點(diǎn).若|AF2|=2|F2B|,|AB|=|BF1|,則C的方程為(  )
A.+y2=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
答案 B
解析 設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1(a>b>0),由橢圓定義可得|AF1|+|AB|+|BF1|=4a.
∵|AB|=|BF1|,∴|AF1|+2|AB|=4a.
又|AF2|=2|F2B|,∴|AB|=|AF2|,
∴|AF1|+3|AF2|=4a.
又|AF1|+|AF2|=2a,∴|AF2|=a,
∴A為橢圓的短軸端點(diǎn).如圖,不妨設(shè)A(0,b),又F2(1,0),=2,∴B.將B點(diǎn)坐標(biāo)代入橢圓方程+=1,得+=1,

∴a2=3,b2=a2-c2=2.
∴橢圓C的方程為+=1.故選B.
(2)已知橢圓的中心在原點(diǎn),以坐標(biāo)軸為對(duì)稱(chēng)軸,且經(jīng)過(guò)兩點(diǎn)P1(,1),P2(-,-),則該橢圓的方程為_(kāi)_______.
答案?。?
解析 設(shè)橢圓的方程為mx2+ny2=1(m>0,n>0,且m≠n).因?yàn)闄E圓經(jīng)過(guò)P1,P2兩點(diǎn),所以點(diǎn)P1,P2的坐標(biāo)滿(mǎn)足橢圓方程,
則解得
所以所求橢圓的方程為+=1.

求橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的兩種方法
(1)定義法:根據(jù)橢圓的定義確定2a,2c,然后確定a2,b2的值,再結(jié)合焦點(diǎn)位置寫(xiě)出橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程.
(2)待定系數(shù)法:具體過(guò)程是先定位,再定量,即首先確定焦點(diǎn)所在位置,然后根據(jù)條件建立關(guān)于a,b的方程組.如果焦點(diǎn)位置不確定,那么要考慮是否有兩解.有時(shí)為了解題方便,也可把橢圓方程設(shè)成mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n)的形式.解題步驟如下:





[即時(shí)訓(xùn)練] 3.(2019·青島模擬)已知F1(-1,0),F(xiàn)2(1,0)是橢圓C的兩個(gè)焦點(diǎn),過(guò)F2且垂直于x軸的直線交C于A,B兩點(diǎn),且|AB|=3,則C的方程為(  )
A.+y2=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
答案 C
解析 如圖,|AF2|=|AB|=,|F1F2|=2,

由橢圓定義,得|AF1|=2a-.?、?br /> 在Rt△AF1F2中,
|AF1|2=|AF2|2+|F1F2|2=2+22.?、?br /> 由①②得a=2,∴b2=a2-c2=3.
∴橢圓C的方程為+=1,應(yīng)選C.
4.已知A,B是圓:2+y2=4(F為圓心)上一動(dòng)點(diǎn),線段AB的垂直平分線交BF于點(diǎn)P,則動(dòng)點(diǎn)P的軌跡方程為_(kāi)_______.
答案 x2+y2=1
解析 如圖,由題意知|PA|=|PB|,|PF|+|BP|=2.所以|PA|+|PF|=2且|PA|+|PF|>|AF|,即動(dòng)點(diǎn)P的軌跡是以A,F(xiàn)為焦點(diǎn)的橢圓,a=1,c=,b2=.所以動(dòng)點(diǎn)P的軌跡方程為x2+y2=1.

考向三 橢圓的幾何性質(zhì)
例3 (1)(2019·云南保山期末)橢圓+=1(a>b>0)的一個(gè)焦點(diǎn)為F1,若橢圓上存在一點(diǎn)P,滿(mǎn)足以橢圓短軸為直徑的圓與線段PF1相切于該線段的中點(diǎn),則橢圓的離心率為(  )
A. B.
C. D.
答案 D
解析 設(shè)線段PF1的中點(diǎn)為M,另一個(gè)焦點(diǎn)為F2,由題意知,|OM|=b,又OM是△F2PF1的中位線,∴|OM|=|PF2|=b,|PF2|=2b,由橢圓的定義知|PF1|=2a-|PF2|=2a-2b.

又|MF1|=|PF1|=(2a-2b)=a-b,又|OF1|=c,在直角三角形OMF1中,由勾股定理得(a-b)2+b2=c2,又a2-b2=c2,可得2a=3b,故有4a2=9b2=9(a2-c2),由此可求得離心率e==,故選D.
(2)已知橢圓+=1(a>b>0)的半焦距為c,且滿(mǎn)足c2-b2+ac0,y2>0,+y=1,所以S△OCD=··===+≥2=,即S△OCD≥,當(dāng)且僅當(dāng)=y(tǒng)=,即點(diǎn)B的坐標(biāo)為時(shí),△OCD面積取得最小值,故選B.
8.(2019·廣西聯(lián)考)已知橢圓C:+=1(a>b>1)的焦距為2,過(guò)短軸的一個(gè)端點(diǎn)與兩個(gè)焦點(diǎn)的圓的面積為,過(guò)橢圓C的右焦點(diǎn)作斜率為k(k≠0)的直線l與橢圓C相交于A,B兩點(diǎn),線段AB的中點(diǎn)為P.
(1)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)過(guò)點(diǎn)P且垂直于AB的直線與x軸交于點(diǎn)D,求k的值.
解 (1)由題中條件,可得過(guò)橢圓短軸的一個(gè)端點(diǎn)與兩個(gè)焦點(diǎn)的圓的半徑為 .
設(shè)橢圓的右焦點(diǎn)的坐標(biāo)為(c,0),
依題意知
又因?yàn)閎>1,解得a=2,b=,c=1,
所以橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
(2)由題意,過(guò)橢圓C的右焦點(diǎn)的直線l的方程為
y=k(x-1),將其代入+=1,
得(3+4k2)x2-8k2x+4k2-12=0.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則x1+x2=,x1x2=,
所以y1+y2=k(x1+x2)-2k=.
因?yàn)镻為線段AB的中點(diǎn),
所以點(diǎn)P的坐標(biāo)為.
又因?yàn)橹本€PD的斜率為-,
所以直線PD的方程為
y-=-.
令y=0,得x=,
所以點(diǎn)D的坐標(biāo)為,
則=,解得k=±1.
9.(2019·云南昆明模擬)已知中心在原點(diǎn)O,焦點(diǎn)在x軸上的橢圓E過(guò)點(diǎn)C(0,1),離心率為.
(1)求橢圓E的方程;
(2)直線l過(guò)橢圓E的左焦點(diǎn)F,且與橢圓E交于A,B兩點(diǎn),若△OAB的面積為,求直線l的方程.
解 (1)設(shè)橢圓E的方程為+=1(a>b>0),
由已知得解得a2=2,b2=1,
所以橢圓E的方程為+y2=1.
(2)由已知,直線l過(guò)左焦點(diǎn)F(-1,0).
當(dāng)直線l與x軸垂直時(shí),A,B,
此時(shí)|AB|=,則S△OAB=××1=,不滿(mǎn)足條件.
當(dāng)直線l與x軸不垂直時(shí),設(shè)直線l的方程為
y=k(x+1),A(x1,y1),B(x2,y2).
由得(1+2k2)x2+4k2x+2k2-2=0,
所以x1+x2=-,x1x2=.
因?yàn)镾△OAB=|OF|·|y1-y2|=|y1-y2|,
由已知S△OAB=,得|y1-y2|=.
因?yàn)閥1+y2=k(x1+1)+k(x2+1)=k(x1+x2)+2k=k· +2k=,
y1y2=k(x1+1)·k(x2+1)=k2(x1x2+x1+x2+1)
=,
所以|y1-y2|=
==,
所以k4+k2-2=0,解得k=±1,
所以直線l的方程為x-y+1=0或x+y+1=0.

1.已知點(diǎn)F1,F(xiàn)2是橢圓x2+2y2=2的左、右焦點(diǎn),點(diǎn)P是該橢圓上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),那么|+|的最小值是(  )
A.0 B.1
C.2 D.2
答案 C
解析 解法一:設(shè)P(x0,y0),則=(-1-x0,-y0),=(1-x0,-y0),所以+=(-2x0,-2y0),所以|+|==2=2.因?yàn)辄c(diǎn)P在橢圓上,所以0≤y≤1,所以當(dāng)y=1時(shí),|+|取最小值2.故選C.
解法二:由+=+++=2,所以|+|=2|P|=2,因?yàn)辄c(diǎn)P在橢圓上,所以x+2y=2,且0≤y≤1,則2=2=2,當(dāng)y=1時(shí),|+|取最小值2.故選C.
2.已知F是橢圓+=1的左焦點(diǎn),P是此橢圓上的動(dòng)點(diǎn),A(1,1)是一定點(diǎn),求|PA|+|PF|的最大值和最小值.

解 由題意知a=3,b=,c=2,F(xiàn)(-2,0).
設(shè)橢圓右焦點(diǎn)為F′,則|PF|+|PF′|=6,所以|PA|+|PF|=|PA|-|PF′|+6.當(dāng)P,A,F(xiàn)′三點(diǎn)共線時(shí),|PA|-|PF′|取到最大值|AF′|=,或者最小值-|AF′|=-.
所以|PA|+|PF|的最大值為6+,最小值為6-.
3.在橢圓+=1上求一點(diǎn),使它到直線2x-3y+15=0的距離最短.
解 設(shè)所求點(diǎn)坐標(biāo)為A(3cosθ,2sinθ),θ∈R,
由點(diǎn)到直線的距離公式得
d=
=,
當(dāng)θ=2kπ+,k∈Z時(shí),d取到最小值,
此時(shí)A點(diǎn)坐標(biāo)為(-3,2).
答題啟示
橢圓中距離的最值問(wèn)題一般有三種解法:
(1)利用橢圓的定義結(jié)合平面幾何知識(shí)求解(適用于所求的表達(dá)式中隱含有長(zhǎng)軸或者離心率e);
(2)根據(jù)橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的特點(diǎn),把距離問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二次函數(shù)求最值的問(wèn)題(適用于定點(diǎn)在橢圓的對(duì)稱(chēng)軸上);
(3)用橢圓的參數(shù)方程設(shè)動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo),轉(zhuǎn)化為三角問(wèn)題求解.
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練
1.(2020·青海西寧復(fù)習(xí)檢測(cè))在平面直角坐標(biāo)系xOy中,P是橢圓+=1上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)A(1,1),B(0,-1),則|PA|+|PB|的最大值為(  )
A.5 B.4
C.3 D.2
答案 A
解析 ∵橢圓的方程為+=1,∴a2=4,b2=3,c2=1,∴B(0,-1)是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn),設(shè)另一個(gè)焦點(diǎn)為C(0,1),如圖所示,根據(jù)橢圓的定義知,|PB|+|PC|=4,

∴|PB|=4-|PC|,∴|PA|+|PB|=4+|PA|-|PC|≤4+|AC|=5,即|PA|+|PB|的最大值為5.
2.設(shè)P,Q分別為圓x2+(y-6)2=2和橢圓+y2=1上的點(diǎn),則P,Q兩點(diǎn)間的最大距離是(  )
A.5 B.+
C.7+ D.6
答案 D
解析 解法一:設(shè)橢圓上任意一點(diǎn)為Q(x,y),且-≤x≤,-1≤y≤1,則圓心(0,6)到點(diǎn)Q的距離
d==
=,
當(dāng)y=-時(shí),dmax=5,
P,Q兩點(diǎn)間的最大距離d′=dmax+=6.
解法二:易知圓心坐標(biāo)為M(0,6),|PQ|的最大值為|MQ|max+,設(shè)Q(cosθ,sinθ),
則|MQ|=

=,
當(dāng)sinθ=-時(shí),|MQ|max=5,
所以|PQ|max=5+=6.故選D.
3.如圖,焦點(diǎn)在x軸上的橢圓+=1的離心率e=,F(xiàn),A分別是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)和頂點(diǎn),P是橢圓上任意一點(diǎn),則·的最大值為_(kāi)_______.

答案 4
解析 設(shè)P點(diǎn)坐標(biāo)為(x0,y0).由題意知a=2,
因?yàn)閑==,所以c=1,所以b2=a2-c2=3.
所以橢圓方程為+=1.
所以-2≤x0≤2,-≤y0≤.
因?yàn)镕(-1,0),A(2,0),
=(-1-x0,-y0),=(2-x0,-y0),
所以·=x-x0-2+y=x-x0+1
=(x0-2)2.
即當(dāng)x0=-2時(shí),·取得最大值4.

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