
第1課時(shí) 橢圓及其性質(zhì)
[最新考綱] 1.了解橢圓的實(shí)際背景,了解橢圓在刻畫現(xiàn)實(shí)世界和解決實(shí)際問題中的作用.2.掌握橢圓的定義、幾何圖形、標(biāo)準(zhǔn)方程及簡單幾何性質(zhì).
1.橢圓的定義
(1)我們把平面內(nèi)到兩個(gè)定點(diǎn)F1,F(xiàn)2的距離之和等于常數(shù)(大于|F1F2|)的點(diǎn)的集合叫作橢圓.這兩定點(diǎn)F1,F(xiàn)2叫作橢圓的焦點(diǎn),兩個(gè)焦點(diǎn)F1,F(xiàn)2間的距離叫作橢圓的焦距.
(2)集合P={M||MF1|+|MF2|=2a},|F1F2|=2c,其中a,c為常數(shù)且a>0,c>0.
①當(dāng)2a>|F1F2|時(shí),M點(diǎn)的軌跡為橢圓;
②當(dāng)2a=|F1F2|時(shí),M點(diǎn)的軌跡為線段F1F2;
③當(dāng)2a<|F1F2|時(shí),M點(diǎn)的軌跡不存在.
2.橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程和幾何性質(zhì)
標(biāo)準(zhǔn)方程
+=1(a>b>0)
+=1(a>b>0)
圖形
性質(zhì)
范圍
-a≤x≤a,-b≤y≤b
-b≤x≤b,-a≤y≤a
對稱性
對稱軸:坐標(biāo)軸;對稱中心:原點(diǎn)
頂點(diǎn)坐標(biāo)
A1(-a,0),A2(a,0),B1(0,-b),B2(0,b)
A1(0,-a),A2(0,a),B1(-b,0),B2(b,0)
焦點(diǎn)坐標(biāo)
F1(-c,0),F(xiàn)2(c,0)
F1(0,-c),F(xiàn)2(0,c)
半軸長
長半軸長為a,短半軸長為b
離心率
e=,且e∈(0,1)
a,b,c的關(guān)系
c2=a2-b2
1.過橢圓焦點(diǎn)垂直于長軸的弦是最短的弦,長為,過焦點(diǎn)最長弦為長軸.
2.過原點(diǎn)最長弦為長軸長2a,最短弦為短軸長2b.
3.與橢圓+=1(a>b>0)有公共焦點(diǎn)的橢圓方程為+=1(λ>-b2).
4.焦點(diǎn)三角形:橢圓上的點(diǎn)P(x0,y0)與兩焦點(diǎn)F1,F(xiàn)2構(gòu)成的△PF1F2叫做焦點(diǎn)三角形.若∠F1PF2=θ,則
(1)|PF1|+|PF2|=2a.
(2)4c2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|·cos θ.
(3)S△PF1F2=|PF1||PF2|·sin θ,當(dāng)|y0|=b,即P為短軸端點(diǎn)時(shí),S△PF1F2取最大值,為bc.
(4)焦點(diǎn)三角形的周長為2(a+c).
(5)已知過焦點(diǎn)F1的弦AB,則△ABF2的周長為4a.
一、思考辨析(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)
(1)平面內(nèi)到兩個(gè)定點(diǎn)F1,F(xiàn)2的距離之和等于常數(shù)的點(diǎn)的軌跡是橢圓. ( )
(2)橢圓的離心率e越大,橢圓就越圓. ( )
(3)+=1(a≠b)表示焦點(diǎn)在y軸上的橢圓. ( )
(4)+=1(a>b>0)與+=1(a>b>0)的焦距相等. ( )
[答案](1)× (2)× (3)× (4)√
二、教材改編
1.設(shè)P是橢圓+=1上的點(diǎn),若F1,F(xiàn)2是橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn),則|PF1|+|PF2|等于( )
A.4 B.5
C.8 D.10
D [依橢圓的定義知:|PF1|+|PF2|=2×5=10.]
2.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
D [設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1(a>b>0).
因?yàn)闄E圓的一個(gè)焦點(diǎn)為F(1,0),離心率e=,所以解得
故橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.]
3.過點(diǎn)A(3,-2)且與橢圓+=1有相同焦點(diǎn)的橢圓的方程為( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
A [設(shè)所求橢圓的方程為+=1(λ>-4),則有+=1,解得λ=6,故所求橢圓方程為+=1.]
4.已知點(diǎn)P是橢圓+=1上y軸右側(cè)的一點(diǎn),且以點(diǎn)P及焦點(diǎn)F1,F(xiàn)2為頂點(diǎn)的三角形的面積等于1,則點(diǎn)P的坐標(biāo)為________.
或 [設(shè)P(xP,yP),xP>0,由題意知|F1F2|=2.
則S△PF1F2=×|F1F2|×|yP|=1,解得|yP|=1.
代入橢圓的方程,得+=1,解得x=,
因此點(diǎn)P的坐標(biāo)為或.]
⊙考點(diǎn)1 橢圓的定義及應(yīng)用
利用定義求方程、焦點(diǎn)三角形及最值的方法
求方程
通過對題設(shè)條件分析、轉(zhuǎn)化后,能夠明確動點(diǎn)P滿足橢圓的定義,便可直接求解其軌跡方程
求焦點(diǎn)三角形
利用定義求焦點(diǎn)三角形的周長和面積.解決焦點(diǎn)三角形問題常利用橢圓的定義、正弦定理或余弦定理.其中|PF1|+|PF2|=2a兩邊平方是常用技巧
求最值
抓住|PF1|與|PF2|之和為定值,可聯(lián)系到基本不等式求|PF1|·|PF2|的最值;利用定義|PF1|+|PF2|=2a轉(zhuǎn)化或變形,借助三角形性質(zhì)求最值
(1)已知兩圓C1:(x-4)2+y2=169,C2:(x+4)2+y2=9,動圓在圓C1內(nèi)部且和圓C1相內(nèi)切,和圓C2相外切,則動圓圓心M的軌跡方程為( )
A.-=1 B.+=1
C.-=1 D.+=1
(2)如圖,橢圓+=1(a>2)的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,點(diǎn)P是橢圓上的一點(diǎn),若∠F1PF2=60°,那么△PF1F2的面積為( )
A. B.
C. D.
(3)設(shè)F1,F(xiàn)2分別是橢圓+=1的左、右焦點(diǎn),P為橢圓上任意一點(diǎn),點(diǎn)M的坐標(biāo)為(6,4),則|PM|-|PF1|的最小值為________.
(1)D (2)D (3)-5 [(1)設(shè)圓M的半徑為r,則|MC1|+|MC2|=(13-r)+(3+r)=16>8=|C1C2|,所以M的軌跡是以C1,C2為焦點(diǎn)的橢圓,且 2a=16,2c=8,故所求的軌跡方程為+=1.
(2)由題意知|PF1|+|PF2|=2a,|F1F2|2=4a2-16,
由余弦定理得
4a2-16=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos 60°,
即4a2-16=(|PF1|+|PF2|)2-3|PF1||PF2|,
∴|PF1||PF2|=,
∴S△PF1F2=|PF1||PF2|sin 60°=,故選D.
(3)由題意知,點(diǎn)M在橢圓外部,且|PF1|+|PF2|=10,則|PM|-|PF1|=|PM|-(10-|PF2|)=|PM|+|PF2|-10≥|F2M|-10.(當(dāng)且僅當(dāng)點(diǎn)P,M,F(xiàn)2三點(diǎn)共線時(shí)等號成立)
又F2(3,0),則|F2M|==5.
∴|PM|-|PF1|≥-5,即|PM|-|PF1|的最小值為-5.]
解答本例T(3)的關(guān)鍵是差式(|PM|-|PF1|)轉(zhuǎn)化為和式|PM|+|PF2|-10.而轉(zhuǎn)化的依據(jù)為|PF1|+|PF2|=2a.
1.已知A(-1,0),B是圓F:x2-2x+y2-11=0(F為圓心)上一動點(diǎn),線段AB的垂直平分線交BF于P,則動點(diǎn)P的軌跡方程為( )
A.+=1 B.-=1
C.-=1 D.+=1
D [由題意得|PA|=|PB|,
∴|PA|+|PF|=|PB|+|PF|=r=2>|AF|=2,
∴點(diǎn)P的軌跡是以A,F(xiàn)為焦點(diǎn)的橢圓,且a=,c=1,∴b=,
∴動點(diǎn)P的軌跡方程為+=1,故選D.]
2.已知橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,離心率為,過F2的直線l交C于A,B兩點(diǎn),若△AF1B的周長為12,則橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為( )
A.+y2=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
D [由橢圓的定義,知|AF1|+|AF2|=2a,|BF1|+|BF2|=2a,所以△AF1B的周長為|AF1|+|AF2|+|BF1|+|BF2|=4a=12,所以a=3.因?yàn)闄E圓的離心率e==,所以c=2,所以b2=a2-c2=5,所以橢圓C的方程為+=1,故選D.]
3.已知F1,F(xiàn)2是橢圓C:+=1(a>b>0)的兩個(gè)焦點(diǎn),P為橢圓C上的一點(diǎn),且PF1⊥PF2,若△PF1F2的面積為9,則b=________.
3 [設(shè)|PF1|=r1,|PF2|=r2,則 所以2r1r2=(r1+r2)2-(r+r)=4a2-4c2=4b2,所以S△PF1F2=r1r2=b2=9,所以b=3.]
⊙考點(diǎn)2 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
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a2,b2的值,結(jié)合焦點(diǎn)位置寫出橢圓方程.
(2)待定系數(shù)法.一般步驟如下:
(1)一個(gè)橢圓的中心在原點(diǎn),焦點(diǎn)F1,F(xiàn)2在x軸上,P(2,)是橢圓上一點(diǎn),且|PF1|,|F1F2|,|PF2|成等差數(shù)列,則橢圓的方程為________.
(2)已知橢圓的中心在原點(diǎn),以坐標(biāo)軸為對稱軸,且經(jīng)過兩點(diǎn)P1(,1),P2(,),則橢圓的方程為________.
(3)[一題多解]與橢圓+=1有相同離心率且經(jīng)過點(diǎn)P(2,-)的橢圓方程為________.
(1)+=1 (2)+=1 (3)+=1或+=1 [(1)設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1(a>b>0),由點(diǎn)P(2,)在橢圓上知+=1.
又|PF1|,|F1F2|,|PF2|成等差數(shù)列,則|PF1|+|PF2|=2|F1F2|,即2a=2×2c,=.又c2=a2-b2,聯(lián)立得a2=8,b2=6,故橢圓方程為+=1.
(2)設(shè)橢圓方程為mx2+ny2=1(m>0,n>0且m≠n).
∵橢圓經(jīng)過點(diǎn)P1,P2,∴點(diǎn)P1,P2的坐標(biāo)適合橢圓方程,則
由①②兩式聯(lián)立,解得
∴所求橢圓的方程為+=1.
(3)法一:因?yàn)閑==
===,
若焦點(diǎn)在x軸上,設(shè)所求橢圓方程為+=1(m>n>0),
則1-=,從而=,=.又+=1,所以m2=8,n2=6.所以橢圓方程為+=1.
若焦點(diǎn)在y軸上,設(shè)橢圓方程為+=1(h>k>0),
則+=1,且=,
解得h2=,k2=.
故所求方程為+=1,故橢圓的方程為+=1或+=1.
法二:若焦點(diǎn)在x軸上,設(shè)所求橢圓方程為+=t(t>0),將點(diǎn)P(2,-)代入,得t=+=2.故所求方程為+=1;若焦點(diǎn)在y軸上,設(shè)方程為+=λ(λ>0),
代入點(diǎn)P(2,-),得λ=,故所求方程為+=1.
故橢圓的方程為+=1或+=1.]
離心率相同的兩個(gè)橢圓焦點(diǎn)可能在不同的軸上,因此要分類求解,如本例T(3).
[教師備選例題]
1.已知橢圓的中心在原點(diǎn),焦點(diǎn)在x軸上,長、短半軸長之和為10,焦距為4,則橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
C [由長、短半軸長之和為10,焦距為4,可得a+b=10,2c=4,∴c=2.又a2=b2+c2,∴a2=36,b2=16.∵焦點(diǎn)在x軸上,∴所求橢圓方程為+=1.故選C.]
2.已知中心在坐標(biāo)原點(diǎn)的橢圓過點(diǎn)A(-3,0),且離心率e=,則橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為________.
+=1或+=1 [若焦點(diǎn)在x軸上,由題知a=3,因?yàn)闄E圓的離心率e=,所以c=,b=2,所以橢圓方程是+=1.若焦點(diǎn)在y軸上,則b=3,a2-c2=9,又離心率e==,解得a2=,所以橢圓方程是+=1.]
1.已知a,b∈R,則“a>0>b”是“-=1表示橢圓”的( )
A.充分不必要條件 B.必要不充分條件
C.充要條件 D.既不充分也不必要條件
B [當(dāng)a>0>b且a=-b時(shí),-=1表示圓,充分性不成立;當(dāng)-=1表示橢圓時(shí),a>0>b且a≠-b,必要性成立,所以“a>0>b”是“-=1表示橢圓”的必要不充分條件,故選B.]
2.已知橢圓C的中心在原點(diǎn),焦點(diǎn)在x軸上,且短軸長為2,離心率為,則該橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為( )
A.+y2=1 B.+y2=1
C.+y2=1 D.+x2=1
A [由題意設(shè)橢圓方程為+=1(a>b>0),則2b=2,故b=1.又=,a2=b2+c2,∴a2=5.∴橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+y2=1.故選A.]
⊙考點(diǎn)3 橢圓的幾何性質(zhì)
求橢圓離心率的值(或范圍)
1.求橢圓離心率的方法
(1)定義法:根據(jù)條件求出a,c,直接利用公式e=求解.
(2)方程法:根據(jù)條件得到關(guān)于a,b,c的齊次等式(不等式),結(jié)合b2=a2-c2轉(zhuǎn)化為關(guān)于a,c的齊次等式(不等式),然后將該齊次等式(不等式)兩邊同時(shí)除以a或a2轉(zhuǎn)化為關(guān)于e或e2的方程(不等式),解方程(不等式)即可得e(e的取值范圍).
2.求橢圓離心率范圍的兩種方法
方法
解法
適合題型
幾何法
利用橢圓的幾何性質(zhì),設(shè)P(x0,y0)為橢圓+=1(a>b>0)上一點(diǎn),則|x0|≤a,a-c≤|PF1|≤a+c等,建立不等關(guān)系,或者根據(jù)幾何圖形的臨界情況建立不等關(guān)系
題設(shè)條件有明顯的幾何關(guān)系
直接法
根據(jù)題目中給出的條件或根據(jù)已知條件得出不等關(guān)系,直接轉(zhuǎn)化為含有a,b,c的不等關(guān)系式
題設(shè)條件直接有不等關(guān)系
(1)(2018·全國卷Ⅱ)已知F1,F(xiàn)2是橢圓C的兩個(gè)焦點(diǎn),P是C上的一點(diǎn).若PF1⊥PF2,且∠PF2F1=60°,則C的離心率為( )
A.1- B.2-
C. D.-1
(2)已知F1,F(xiàn)2分別是橢圓+=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn),過F1且垂直于x軸的直線與橢圓交于A,B上下兩點(diǎn),若△ABF2是銳角三角形,則該橢圓的離心率e的取值范圍是( )
A.(0,-1) B.(-1,1)
C.(0,-1) D.(-1,1)
(1)D (2)B [(1)由題設(shè)知∠F1PF2=90°,∠PF2F1=60°,|F1F2|=2c,所以|PF2|=c,|PF1|=c.由橢圓的定義得|PF1|+|PF2|=2a,即c+c=2a,所以(+1)c=2a,故橢圓C的離心率e===-1.故選D.
(2)∵F1,F(xiàn)2分別是橢圓+=1(a>0,b>0)的左、右焦點(diǎn),過F1且垂直于x軸的直線與橢圓交于A,B上下兩點(diǎn),∴F1(-c,0),F(xiàn)2(c,0),A,B,∵△ABF2是銳角三角形,∴∠AF2F1<45°,∴tan∠AF2F1<1,∴<1,整理得b2<2ac,∴a2-c2<2ac,兩邊同時(shí)除以a2,并整理,得e2+2e-1>0,解得e>-1或e<--1(舍去),∵0<e<1,∴橢圓的離心率e的取值范圍是(-1,1),故選B.]
求離心率的取值范圍,關(guān)鍵是尋找關(guān)于a,b,c的不等式,如本例T(2),利用等腰三角形是銳角三角形,則頂角的一半小于,建立不等式求解.
[教師備選例題]
1.已知F1,F(xiàn)2分別是橢圓的左、右焦點(diǎn),現(xiàn)以F2為圓心作一個(gè)圓恰好經(jīng)過橢圓中心并且交橢圓于點(diǎn)M,N,若過F1的直線MF1是圓F2的切線,則橢圓的離心率為( )
A. B.2- C. D.-1
D [如圖所示.
由題意可得MF1⊥MF2,|MF2|=c,|MF1|=2a-c,|F1F2|=2c,
所以c2+(2a-c)2=4c2,
化為c2+2ac-2a2=0,
即e2+2e-2=0,e∈(0,1),
解得e=-1,故選D.]
2.已知橢圓E:+=1(a>b>0)的右焦點(diǎn)為F,短軸的一個(gè)端點(diǎn)為M,直線l:3x-4y=0交橢圓E于A,B兩點(diǎn).若|AF|+|BF|=4,點(diǎn)M到直線l的距離不小于,則橢圓E的離心率的取值范圍是( )
A. B.
C. D.
A [根據(jù)橢圓的對稱性及橢圓的定義可得A,B兩點(diǎn)到橢圓的左、右焦點(diǎn)的距離和為4a=2(|AF|+|BF|)=8,所以a=2.又d=≥,所以1≤b<2,所以e===.因?yàn)?≤b<2,所以0<e≤,故選A.]
與橢圓性質(zhì)有關(guān)的最值(范圍)問題
與橢圓有關(guān)的最值或范圍問題的求解方法
(1)利用數(shù)形結(jié)合、幾何意義,尤其是橢圓的性質(zhì),求最值或取值范圍.
(2)利用函數(shù),尤其是二次函數(shù)求最值或取值范圍.
(3)利用不等式,尤其是基本不等式求最值或取值范圍.
(4)利用一元二次方程的判別式求最值或取值范圍.
(1)(2017·全國卷Ⅰ)設(shè)A,B是橢圓C:+=1長軸的兩個(gè)端點(diǎn).若C上存在點(diǎn)M滿足∠AMB=120°,則m的取值范圍是( )
A.(0,1]∪[9,+∞) B.(0,]∪[9,+∞)
C.(0,1]∪[4,+∞) D.(0,]∪[4,+∞)
(2)(2019·開封模擬)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________.
(1)A (2)4 [(1)當(dāng)0<m<3時(shí),焦點(diǎn)在x軸上,要使C上存在點(diǎn)M滿足∠AMB=120°,
則≥tan 60°=,即≥,解得0<m≤1.
當(dāng)m>3時(shí),焦點(diǎn)在y軸上,
要使C上存在點(diǎn)M滿足∠AMB=120°,
則≥tan 60°=,即≥,解得m≥9.
故m的取值范圍為(0,1]∪[9,+∞).
(2)由題意知a=2,因?yàn)閑==,
所以c=1,b2=a2-c2=3.
故橢圓方程為+=1.
設(shè)P點(diǎn)坐標(biāo)為(x0,y0).
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.
則當(dāng)x0=-2時(shí),·取得最大值4.]
橢圓中長軸兩端點(diǎn)(或兩焦點(diǎn))與短軸頂點(diǎn)所成的角最大,本例T(1)就是以此求解的.
1.(2017·全國卷Ⅲ)已知橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右頂點(diǎn)分別為A1,A2,且以線段A1A2為直徑的圓與直線bx-ay+2ab=0相切,則C的離心率為( )
A. B. C. D.
A [由題意知以A1A2為直徑的圓的圓心為(0,0),半徑為a.
又直線bx-ay+2ab=0與圓相切,
∴圓心到直線的距離d==a,解得a=b,
∴=,∴e=====.故選A.]
2.已知點(diǎn)F1,F(xiàn)2分別是橢圓+=1的左、右焦點(diǎn),點(diǎn)M是該橢圓上的一個(gè)動點(diǎn),那么|+|的最小值是( )
A.4 B.6
C.8 D.10
C [設(shè)M(x0,y0),F(xiàn)1(-3,0),F(xiàn)2(3,0).則=(-3-x0,-y0),=(3-x0,-y0),所以+=(-2x0,-2y0),|+|=
==.
因?yàn)辄c(diǎn)M在橢圓上,所以0≤y≤16,
所以當(dāng)y=16時(shí),|+|取最小值為8.]
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