高中数学第2章2.1.2椭圆的几何性质教案5湘教版选修
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高中数学椭圆的性质教案
教学目标:
1. 理解椭圆的基本概念
2. 掌握椭圆的标准方程
3. 熟练运用椭圆的性质进行问题解答
教学重点:
1. 椭圆的定义及数学性质
2. 椭圆的标准方程
3. 椭圆的焦点、长短轴、离心率等性质
教学难点:
1. 椭圆的属性与其他几何图形的比较
2. 椭圆的运用问题解决
教学过程:
一、导入(5分钟)
通过提问引导学生回顾圆的性质,并引入椭圆的概念,让学生猜测椭圆与圆的异同点。
二、讲解(15分钟)
1. 讲解椭圆的定义及性质,介绍椭圆的标准方程及主要属性。
2. 通过示意图讲解椭圆的焦点、长短轴、离心率等概念。
三、练习(20分钟)
1. 完成课堂练习,巩固椭圆的基本算法。
2. 组织学生进行小组讨论,解决椭圆相关问题。
四、拓展(10分钟)
探讨椭圆在实际生活中的应用,如卫星轨道、天文测量等。
五、作业布置(5分钟)
布置课后作业,要求学生继续复习椭圆相关知识,并尝试解决相关问题。
教学反思:
在教学过程中,要注重引导学生思考,让他们通过实际问题解决来理解椭圆的性质和应用。
同时,要注重椭圆与其他几何图形的比较,帮助学生更好地理解椭圆的特点。
《椭圆的简单几何性质》教案
教学目标
1.知识与技能:(1)、能根据椭圆方程,利用图像得出椭圆的简单几何性质,并能熟练运用。
(2)、会利用椭圆的几何性质求椭圆方程。
2.过程与方法:通过复习回顾椭圆的两种标准方程与图形总结出椭圆简单几何性质,培养学生的观察能力和归纳能力;通过椭圆简单几何性质应用的两种类型培养学生学以致用,举一反三的能力。
3.情感态度与价值观:通过探究椭圆的简单几何性质激发学生的积极性,获取学习数学的成就感。
教学重点:
椭圆的简单几何性质
教学难点:
椭圆几何性质的灵活应用
教学过程:
一、复习回顾
认真复习课本,完成知识梳理:
二、学以致用
(一)、由椭圆方程求椭圆的几何性质
例1、求椭圆221625400x y +=的长轴和短轴的长、焦点坐标、顶点坐标和离心率。
变式训练:求椭圆252522=+y x 的长轴和短轴的长、焦点坐标、顶点坐标和离心率。
(二)、利用椭圆的几何性质求标准方程
例2、求适合下列条件的椭圆的标准方程
(1) 经过点P (-3,0),Q (0,-2) (2)焦点在x 轴上,长轴长是12,离心率是3
2;
变式训练:已知椭圆的长轴长是20,离心率是35
,求椭圆的标准方程。
三、拓展提升
已知椭圆短轴的一个端点与椭圆的两焦点的连线互相垂直,则此椭圆的离心率e=_______.
变式训练:若椭圆短轴的一个端点与两个焦点构成正三角形, 则此椭圆的离心率e=_______.
课堂小结
(1)、知识收获:
(2)、数学思想:
课后作业。
选修2-1 第二章《圆锥曲线与方程》 2.2.2椭圆的简单几何性质第五课时:与椭圆相关的最值、范围问题有关椭圆的最值、范围问题,在近几年的高考试卷中频频出现,在各种题型中均有考查,其中以解答题为重,在平时的教学中需有所重视。
圆锥曲线最值问题具有综合性强、涉及知识面广而且常含有变量的一类难题,也是教学中的一个难点。
要解决这类问题往往利用函数与方程思想、数形结合思想、转化与化归等数学思想方法,将它转化为解不等式或求函数值域,以及利用函数单调性、各种平面几何中最值的思想来解决。
例1:在椭圆2288x y +=上求一点P ,使P 到直线l :40x y -+=的距离最小. 解:(法一:几何法)设与l 平行且与椭圆相切的直线l '方程为0x y m -+=,则由22880x y x y m ⎧+=⎨-+=⎩得229280y my m -+-=,22449(8)0m m ∆=-⨯⨯-=,∴3m =±,由图知,3m =时距离最小,此时P 点坐标为81(,)33-,此时,最短距离即为l 与l '间距离222d ==. (法二:三角换元)设点(22cos ,sin )P θθ,则有|22cos sin 4|22d θθ-+==,tan 22ϕ=, 当2πθϕ-=时,min 2d =,此时,22sin ϕ=,1cos 3θ=,∴22cos sin θϕ=-=-,1sin cos 3θϕ==,∴P 点坐标为81(,)33-.【练习】(1)把上例中距离“最小”改为“最大”;(2)求椭圆2212516x y +=的内接矩形的最大面积.例2.如图,点P 在圆22(6)2x y +-=上移动,点Q 在椭圆221010x y +=上移动,求||PQ 的最大值.xyOy x m =+xy OB A CD y x P o A M Q解:圆心M (0,6),设椭圆上的点为(,)Q x y ,则MQ ===当2[1,1]3y =-∈-时,max MQ =max PQ == 例3:如图,在直线09:=+-y x l 上任意取一点M ,经过M 点且以椭圆131222=+y x 的焦点作椭圆,问当M 在何处时,所作椭圆的长轴最短,并求出最短长轴为多少?分析:要使所作椭圆的长轴最短,当然想到椭圆的定义。
2.2.1圆及其标准方程教学要求:从具体情境中抽象出椭圆的模型,掌握椭圆的定义,标准方程 教学重点:椭圆的定义和标准方程 教学难点:椭圆标准方程的推导 教学过程:一、新课导入:取一条定长的细绳,把它的两端都固定在图板的同一个点处,套上铅笔,拉紧绳子,移动笔尖,这时笔尖画出的轨迹是一个圆.如果把细绳的两端拉开一段距离,分别固定在图板的两个点处,套上铅笔,拉紧绳子,移动笔尖,画出的轨迹是什么曲线?(学生动手,观察结果)思考:移动的笔尖(动点)满足的几何条件是什么?经过观察后思考:在移动笔尖的过程中,细绳的长度保持不变,即笔尖到两个定点的距离之和等于常数. 二、讲授新课:1. 定义椭圆:把平面内与两个定点12,F F 的距离之和等于常数(大于12F F )的点的轨迹叫做椭圆,这两个定点叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做椭圆的焦距.2.椭圆标准方程的推导:以经过椭圆两焦点12,F F 的直线为x 轴,线段12F F 的垂直平分线为y 轴,建立直角坐标系xOy .设(,)M x y 是椭圆上任意一点,椭圆的焦距为()20c c >,那么焦点12,F F 的坐标分别为(),0c -,(),0c ,又设M 与12,F F 的距离之和等于2a ,根据椭圆的定义,则有122MF MF a +=,用两点间的距离公式代入,画简后的222221x y a a c+=-,此时引入222b ac =-要讲清楚. 即椭圆的标准方程是()222210x y a b a b+=>>. 根据对称性,若焦点在y 轴上,则椭圆的标准方程是()222210x y a b b a+=>>.两个焦点坐标()()12,0,,0F c F c -.通过椭圆的定义及推导,给学生强调两个基本的等式:122MF MF a +=和222b c a +=3. 例1 写出适合下列条件的椭圆的标准方程:⑴4,1a b ==,焦点在x 轴上;⑵4,a c ==y 轴上;⑶10,a b c +==(教师引导——学生回答) 例2 已知椭圆两个焦点的坐标分别是()()2,0,2,0-,并且经过点53,22⎛⎫- ⎪⎝⎭,求它的标准方程.(教师分析——学生演板——教师点评) 三、巩固练习:1. 写出适合下列条件的椭圆的标准方程:⑴焦点在x 轴上,焦距等于4,并且经过点(3,P -;⑵焦点坐标分别为()()0,4,0,4-,5a =; ⑶10,4a c a c +=-=. 2. 作业:40P 第2题.2.2椭圆及其标准方程教学要求:掌握点的轨迹的求法,坐标法的基本思想和应用. 教学重点:求点的轨迹方程,坐标法的基本思想和应用. 教学难点:求点的轨迹方程,坐标法的基本思想和应用. 教学过程: 一、复习:1.椭圆的定义,椭圆的焦点坐标,焦距.2.关于椭圆的两个基本等式. 二、讲授新课:1. 例1 设点,A B 的坐标分别为()()5,0,5,0-,.直线,AM BM 相交于点M ,且它们的斜率之积是49-,求点M 的轨迹方程. 求哪个点的轨迹,设哪个点的坐标,然后找出含有点相关等式. (教师引导——示范书写)2. 练习:1.点,A B 的坐标是()()1,0,1,0-,直线,AM BM 相交于点M ,且直线AM 的斜率与直线BM 的斜率的商是2,点M 的轨迹是什么? (教师分析——学生演板——教师点评)2.求到定点()2,0A 与到定直线8x =的距离之比为2的动点的轨迹方程. (教师分析——学生演板——教师点评)3. 例2 在圆224x y +=上任取一点P ,过点P 作x 轴的垂线段PD ,D 为垂足.当点P 在圆上运动时,线段PD 的中点M 的轨迹是什么?相关点法:寻求点M 的坐标,x y 与中间00,x y 的关系,然后消去00,x y ,得到点M 的轨迹方程.(教师引导——示范书写) 4. 练习: 1.47P 第7题.2.已知三角形ABC 的一边长为6,周长为16,求顶点A 的轨迹方程. 5.知识小结:①注意求哪个点的轨迹,设哪个点的坐标,然后找出含有点相关等式.②相关点法:寻求点M 的坐标,x y 与中间00,x y 的关系,然后消去00,x y ,得到点M 的轨迹方程. 三、作业: 40P 第4题 精讲精练第8练.2.2椭圆的简单几何性质教学要求:根据椭圆的方程研究曲线的几何性质,并正确地画出它的图形;根据几何条件求出曲线方程,并利用曲线的方程研究它的性质,画图. 教学重点:通过几何性质求椭圆方程并画图. 教学难点:通过几何性质求椭圆方程并画图. 教学过程: 一、复习:1.椭圆的定义,椭圆的焦点坐标,焦距.2.椭圆的标准方程. 二、讲授新课:1.范围——变量,x y 的取值范围,亦即曲线的取值范围:横坐标a x a -<<;纵坐标b x b -<<.方法:①观察图像法; ②代数方法.2.对称性——既是轴对称图形,关于x 轴对称,也关于y 轴对称;又是中心对称图形. 方法:①观察图像法; ②定义法.3.顶点:椭圆的长轴122A A a =,椭圆的短轴122B B b =,椭圆与四个对称轴的交点叫做椭圆的顶点,()()()()1212,0,,0,,0,,0A a A aB b B b --.4.离心率:刻画椭圆的扁平程度.把椭圆的焦点与长轴长的比c a 称为离心率.记ce a=. 可以理解为在椭圆的长轴长不变的前提下,两个焦点离开中心的程度.5.例题例4 求椭圆221625400x y +=的长轴和短轴的长,离心率,焦点和定点坐标. 提示:将一般方程化为标准方程. (学生回答——老师书写)练习:求椭圆22416x y +=和椭圆22981x y +=的长轴和短轴长,离心率,焦点坐标,定点坐标.(学生演板——教师点评)例5 点(),M x y 与定点()4,0F 的距离和它到直线25:4l x =的距离之比是常数45,求点M 的轨迹.(教师分析——示范书写)三、课堂练习:①比较下列每组椭圆的形状,哪一个更圆,哪一个更扁?⑴22936x y +=与2211612x y += ⑵22936x y +=与221610x y +=(学生口答,并说明原因)②求适合下列条件的椭圆的标准方程.⑴经过点()(,P Q -⑵长轴长是短轴长的3倍,且经过点()3,0P ⑶焦距是8,离心率等于0.8 (学生演板,教师点评) ③作业:47P 第4题.。
第1课时 椭圆的简单几何性质[A 基础达标]1.椭圆25x 2+9y 2=225的长轴长、短轴长、离心率依次是( ) A .5、3、0.8 B .10、6、0.8 C .5、3、0.6D .10、6、0.6解析:选B.把椭圆的方程写成标准形式为x 29+y 225=1,知a =5,b =3,c =4.所以2a =10,2b =6,ca=0.8.2.一椭圆的短轴的一个端点到一个焦点的距离为5,焦点到椭圆中心的距离为3,则该椭圆的标准方程是( )A.x 216+y 29=1或x 29+y 216=1 B.x 225+y 29=1或y 225+x 29=1 C.x 225+y 216=1或y 225+x 216=1 D .椭圆的方程无法确定解析:选C.由题可知,a =5且c =3,所以b =4, 所以椭圆方程为x 225+y 216=1或y 225+x 216=1.3.椭圆的中心在坐标原点,焦点在坐标轴上,两顶点分别是(4,0),(0,2),则此椭圆的方程是( )A.x 24+y 216=1或x 216+y 24=1B.x 24+y 216=1 C.x 216+y 24=1 D.x 216+y 220=1 解析:选C.由已知a =4,b =2,椭圆的焦点在x 轴上,所以椭圆方程是x 216+y 24=1.故选C.4.已知焦点在x 轴上的椭圆:x 2a2+y 2=1,过焦点作垂直于x 轴的直线交椭圆于A ,B两点,且|AB |=1,则该椭圆的离心率为( )A.32B.12C.154D.33解析:选A.椭圆的焦点坐标为(±a 2-1,0),不妨设A ⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2-1,12,可得a 2-1a 2+14=1,解得a =2,椭圆的离心率为e =a 2-1a =32.故选A.5.已知F 1,F 2是椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的两个焦点,若存在点P 为椭圆上一点,使得∠F 1PF 2=60°,则椭圆离心率e 的取值X 围是( )A.⎣⎢⎡⎭⎪⎫22,1 B.⎝ ⎛⎭⎪⎫0,22 C.⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,1 D.⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,22 解析:选C.在△PF 1F 2中,设|PF 1|=m ,|PF 2|=n ,则m +n =2a ,根据余弦定理,得(2c )2=m 2+n 2-2mn cos 60°,配方得(m +n )2-3mn =4c 2,所以3mn =4a 2-4c 2,所以4a 2-4c 2=3mn ≤3·⎝ ⎛⎭⎪⎫m +n 22=3a 2,即a 2≤4c 2,故e 2=c 2a 2≥14,解得12≤e <1.故选C.6.与椭圆9x 2+4y 2=36有相同焦点,且短轴长为45的椭圆方程是________. 解析:依题意得椭圆的焦点坐标为(0,5),(0,-5),故c =5,又2b =45,所以b =25,a 2=b 2+c 2=25,所以所求椭圆方程为x 220+y 225=1.答案:x 220+y 225=17.已知椭圆G 的中心在坐标原点,长轴在x 轴上,离心率为32,且G 上一点到G 的两个焦点的距离之和为12,则椭圆G 的标准方程为________.解析:设椭圆的长半轴长为a ,由2a =12知a =6. 又e =c a =32,故c =33, 所以b 2=a 2-c 2=36-27=9.所以椭圆标准方程为x 236+y 29=1.答案:x 236+y 29=18.在平面直角坐标系xOy 中,F 1,F 2分别为椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的左、右焦点.已知点P (a ,b ),△F 1PF 2为等腰三角形,则椭圆的离心率e =________.解析:设F 1(-c ,0),F 2(c ,0)(c >0),由题意得|PF 2|=|F 1F 2|,即(a -c )2+b 2=2c .把b 2=a 2-c 2代入,整理得2⎝ ⎛⎭⎪⎫c a 2+ca-1=0,解得c a =-1(舍去)或c a =12.所以e =c a =12.答案:129.求满足下列各条件的椭圆的标准方程.(1)已知椭圆的中心在原点,焦点在y 轴上,其离心率为12,焦距为8;(2)短轴的一个端点与两焦点组成一个正三角形,且焦点到长轴上同侧顶点的距离为3.解:(1)由题意知,2c =8,c =4,所以e =c a =4a =12,所以a =8,从而b 2=a 2-c 2=48,所以椭圆的标准方程是y 264+x 248=1.(2)由已知⎩⎨⎧a =2c ,a -c =3,所以⎩⎨⎧a =23,c = 3.从而b 2=9,所以所求椭圆的标准方程为x 212+y 29=1或x 29+y 212=1. 10.如图所示,椭圆的中心在原点,焦点F 1,F 2在x 轴上,A ,B 是椭圆的顶点,P 是椭圆上一点,且PF 1⊥x 轴,PF 2∥AB ,求此椭圆的离心率.解:设椭圆的方程为x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0).如题图所示,则有F 1(-c ,0),F 2(c ,0),A (0,b ),B (a ,0),直线PF 1的方程为x =-c ,代入方程x 2a 2+y 2b2=1,得y =±b 2a ,所以P ⎝⎛⎭⎪⎫-c ,b 2a . 又PF 2∥AB , 所以△PF 1F 2∽△AOB .所以|PF 1||F 1F 2|=|AO ||OB |,所以b 22ac =ba,所以b =2c .所以b 2=4c 2,所以a 2-c 2=4c 2,所以c 2a 2=15.所以e =c a =55. [B 能力提升]11.若点O 和点F 分别为椭圆x 24+y 23=1的中心和左焦点,点P 为椭圆上的任意一点,则OP →·FP →的最大值为( )A .2B .3C .6D .8解析:选C.由题意得F (-1,0),设点P (x 0,y 0),则y 20=3⎝ ⎛⎭⎪⎫1-x 204(-2≤x 0≤2), OP →·FP →=x 0(x 0+1)+y 20=x 20+x 0+y 20=x 20+x 0+3⎝ ⎛⎭⎪⎫1-x 204=14(x 0+2)2+2,当x 0=2时,OP →·FP →取得最大值为6.12.如图,在平面直角坐标系xOy 中,F 是椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的右焦点,直线y=b2与椭圆交于B ,C 两点,且∠BFC =90°,则该椭圆的离心率是________.解析:由题意得B ⎝ ⎛⎭⎪⎫-32a ,b 2,C ⎝ ⎛⎭⎪⎫32a ,b 2,F (c ,0),则由∠BFC =90°得BF →·CF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫c +32a ,-b 2·⎝ ⎛⎭⎪⎫c -32a ,-b 2=c 2-⎝ ⎛⎭⎪⎫32a 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫-b 22=0⇒3c 2=2a 2⇒e =63.答案:6313.如图,已知椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0),F 1,F 2分别为椭圆的左、右焦点,A 为椭圆的上顶点,直线AF 2交椭圆于另一点B .(1)若∠F 1AB =90°,求椭圆的离心率; (2)若AF 2→=2F 2B →,AF 1→·AB →=32,求椭圆的方程.解:(1)若∠F 1AB =90°,则△AOF 2为等腰直角三角形,所以有|OA |=|OF 2|,即b =c . 所以a =2c ,e =c a =22. (2)由题意知A (0,b ),F 1(-c ,0),F 2(c ,0). 其中,c =a 2-b 2,设B (x ,y ). 由AF 2→=2F 2B →⇔(c ,-b )=2(x -c ,y ), 解得x =3c 2,y =-b2,即B ⎝ ⎛⎭⎪⎫3c2,-b 2.将B 点坐标代入x 2a 2+y 2b2=1,得94c 2a 2+b 24b 2=1,即9c 24a 2+14=1, 解得a 2=3c 2.①又由AF 1→·AB →=(-c ,-b )·⎝ ⎛⎭⎪⎫3c2,-3b 2=32⇒b 2-c 2=1,即有a 2-2c 2=1.②由①②解得c 2=1,a 2=3, 从而有b 2=2.所以椭圆方程为x 23+y 22=1.14.(选做题)已知椭圆x 2+y 2b2=1(0<b <1)的左焦点为F ,左、右顶点分别为A ,C ,上顶点为B ,过F ,B ,C 三点作⊙P ,且圆心在直线x +y =0上,求此椭圆的方程.解:设圆心P 的坐标为(m ,n ),因为圆P 过点F ,B ,C 三点,所以圆心P 既在FC 的垂直平分线上,也在BC 的垂直平分线上,FC 的垂直平分线方程为x =1-c2.① 因为BC 的中点为⎝ ⎛⎭⎪⎫12,b 2, k BC =-b ,所以BC 的垂直平分线方程为y -b 2=1b ⎝⎛⎭⎪⎫x -12②由①,②联立,得x =1-c 2,y =b 2-c2b ,即m =1-c 2,n =b 2-c2b.因为P (m ,n )在直线x +y =0上, 所以1-c 2+b 2-c2b =0,可得(1+b )(b -c )=0, 因为1+b >0,所以b =c ,结合b 2=1-c 2得b 2=12,所以椭圆的方程为x 2+y 212=1,即x 2+2y 2=1.。
高中数学椭圆教案教案需要明确教学目标,确保学生能够掌握椭圆的基本概念,包括其标准方程和图形特征。
通过教学活动,学生应能够推导出椭圆的焦点和准线的性质,并能够解决一些与椭圆相关的实际问题。
教学内容的设计要围绕椭圆的定义展开。
可以从简单的几何形状出发,引导学生观察不同圆的压缩变形过程,自然过渡到椭圆的概念。
通过动态演示或实物操作,让学生直观感受到椭圆的形成过程。
在讲解椭圆的标准方程时,教案应包含对椭圆中心、长轴、短轴、焦点等基本元素的介绍。
教师可以通过图像辅助,展示不同位置和大小的椭圆,帮助学生形成清晰的视觉印象。
为了加深学生对椭圆性质的理解,教案中应设计一些探究活动。
例如,让学生动手测量椭圆的长轴和短轴,寻找焦点的位置,并通过实际计算验证椭圆的几何性质。
可以设置一些实验性的学习任务,如利用绘图软件绘制椭圆,或者使用物理方法模拟椭圆的反射和折射现象。
在教学方法上,教案鼓励采用启发式和探究式的教学方式。
通过提问和讨论,激发学生的好奇心和探索欲,引导他们自主发现问题并寻求解决方案。
同时,教师应根据学生的学习情况适时给予指导和帮助。
评价与反馈环节也是教案的重要组成部分。
教案建议通过作业、小测验和课堂表现等多种方式对学生的学习效果进行评估。
及时的反馈可以帮助学生了解自己的学习进度,同时也为教师提供了调整教学策略的依据。
教案还应该包含一些拓展内容,如椭圆在天文学、工程学和其他科学领域的应用案例。
这些实际应用的介绍不仅能够增加学生对数学学科的兴趣,还能够帮助他们认识到数学知识在现实世界中的重要性。
这份高中数学椭圆教案范本旨在通过直观的教学活动和深入的探究学习,帮助学生全面而深刻地理解椭圆的知识。
通过这样的教学设计,我们期望学生不仅能够掌握椭圆的数学理论,还能够将所学知识应用于实际问题,培养他们的综合运用能力和创新思维。
2.2.2 椭圆的简单几何性质(第二课时)一、教学目标(一)学习目标1.理解直线与椭圆的位置关系;2.会进行位置关系的判断,计算弦长.(二)学习重点理解直线与椭圆的位置关系,会判定及应用(三)学习难点应用代数方法进行判定,相关计算的准确性,理解用方程思想解决直线与圆锥曲线的位置关系.二.教学设计(一)预习任务设计1.预习任务写一写:直线与椭圆的位置关系设直线:l y kx m =+,椭圆:C 22221(0)x y a b a b+=>>,联立 2222222222222()201y kx m a k b x a kmx a m a b x y ab =+⎧⎪⇒+++-=⎨+=⎪⎩2222224()a b a k b m ⇒∆=+- 若0∆=,则直线和椭圆有唯一公共点,直线和椭圆 相切 ;若0∆>,则直线和椭圆有两个公共点,直线和椭圆 相交 ;若0∆<,则,直线和椭圆没有公共点,直线和椭圆 相离 .2.预习自测(1)直线1y kx k =-+与椭圆22123x y +=的位置关系是( ) A.相交 B.相切 C.相离 D.不确定【知识点】直线与椭圆位置关系.【解题过程】直线(1)1y k x =-+恒过定点(1,1).由11123+<可知:点(1,1)在椭圆内部,故直线与椭圆相交.【思路点拨】注意利用点在椭圆内判断直线与椭圆相交.【答案】A(2)判断(正确的打“√”,错误的打“×”) ①已知椭圆22221x y a b+=(0)a b >>与点(,0)P b ,过点P 可作出该椭圆的一条切线.( )②直线()y k x a =-与椭圆22221x y a b+=的位置关系是相交.( ) 【知识点】直线与椭圆位置关系.【解题过程】点(,0)P b 在椭圆22221x y a b+=内部,故过P 不能作出椭圆的切线;直线()y k x a =-恒过点(,0)a ,而(,0)a 为椭圆22221x y a b+=的有顶点,过直线()y k x a =-一定与椭圆相交.【思路点拨】注意利用点在椭圆内判断直线与椭圆相交.【答案】①×;②√.(3)直线1y mx =+与椭圆2241x y +=有且只有一个交点,则2m =( ) A.21 B.32 C.43 D.54 【知识点】直线与椭圆的位置关系.【解题过程】联立方程22141y mx x y =+⎧⎨+=⎩得:22(14)830m x mx +++=. 由条件知:226412(14)0m m ∆=-+=,解得:234m =. 【思路点拨】利用∆判断直线与椭圆的位置关系.【答案】C(4)椭圆13422=+y x 长轴端点为M 、N ,不同于M 、N 的点P 在此椭圆上,那么PM 、PN 的斜率之积为( )A.34-B.43-C.43D.34 【知识点】直线与椭圆.【解题过程】设00(,)P x y ,则,则2200334x y =-,故00003224PM PN y y k k x x ⋅=⋅=-+- 【思路点拨】按照题意直接代入求解即可.【答案】A(二)课堂设计1. 知识回顾(1)椭圆的简单几何性质;(2)直线与圆的位置关系.2. 新知讲解探究一:探究直线与椭圆的位置关系●活动① 复习回顾,类比学习我们学习过直线与圆的位置关系及判定,请你回忆相关知识.(1)直线与圆有三种位置关系分别是相离(没有公共点)、相切(一个公共点)、相交(两个公共点).(2)判定方法有两种:代数法、几何法.那么直线与椭圆又有什么样的位置关系呢?又该如何来判定直线与椭圆的位置关系呢?【设计意图】由已有的知识类比迁移到新知识.●活动② 思考交流,结论形成通过画图我们看到,直线与椭圆的位置关系也可以归纳为相离,相切和相交,请你类比直线和圆的相离、相切、相交的定义来对直线和椭圆相离,相切和相交进行定义.学生交流,自由发言,教师适时引导,得出结论.直线与椭圆没有公共点⇔直线与椭圆相离;直线与椭圆有一个公共点⇔直线和椭圆相切;直线与椭圆有两个公共点⇔直线与椭圆相交.通过公共点的个数可以判断直线和椭圆的位置关系,如何确定公共点的个数呢?你有什么办法呢?例 1.判断直线123:1;:3;:3l y x l y x l y =+=-+=+与椭圆2214x y +=的位置关系.【知识点】直线与椭圆的位置关系.课堂活动:学生完成练习,根据学生的解题情况引入代数方法.在巡视过程中,大部分学生采用的是代数的方法,及个别的学生画出了图像,但第三条直线与椭圆的位置关系学生画图的很少,但利用代数方法研究的同学也没有得到结论.【解题过程】将直线与椭圆方程联立,根据判别式∆判断,123,,l l l 分别与椭圆的关系为:相交、相离和相切.【思路点拨】利用∆判断直线与椭圆的位置关系.【答案】123,,l l l 分别与椭圆的关系为:相交、相离和相切请你说说如何利用代数方法来进行直线和椭圆的位置关系的判断?直线与椭圆的位置关系的研究方法可通过代数方法即解方程组的办法来研究.因为方程组解的个数与交点的个数是一样的.直线与椭圆的位置关系的判定方法:直线与椭圆的位置关系设直线:l y kx m =+,椭圆:C 22221(0)x y a b a b+=>>,联立 2222222222222()201y kx m a k b x a kmx a m a b x y ab =+⎧⎪⇒+++-=⎨+=⎪⎩2222224()a b a k b m ⇒∆=+- (1)0∆>,方程有两个不等的实数根⇔有两个公共点⇔相交;(2)0∆=,方程有两个相等的实数根⇔有一个公共点⇔相切;(3)0∆<,方程没有实数根⇔没有公共点⇔相离.【设计意图】以旧带新,学生易于理解.同类训练 已知椭圆2241x y +=及直线y x m =+,当m 为何值时,直线与椭圆相切?【知识点】直线与椭圆的位置关系【解题过程】解方程组2241x y y x m⎧+=⎨=+⎩,消去y ,整理得225210x mx m ++-=, 222420(1)2016m m m ∆=--=-,由0∆=得220160m -=,解得m =【思路点拨】用方程实根个数刻画直线和圆锥曲线的位置关系,是研究直线和圆锥曲线位置关系的通法.探究二:计算椭圆的弦长●活动① 互动交流,形成结论例2. 已知斜率为2的直线经过椭圆22154x y +=的右焦点2F ,与椭圆交于,A B 两点,求AB 的长.【提出问题】本题的解决需要什么条件?如何由题目所给的条件去求得?前面的学习中遇到过类似的问题吗?当时是怎么解决的,方法能不能拿来一用?【知识点】直线与椭圆相交【解题过程】由条件知2(1,0)F ,故直线AB 方程为:22y x =-.设1122(,),(,)A x y B x y . 联立方程组2222154y x x y =-⎧⎪⎨+=⎪⎩,消去y 可得:2350x x -=. 法一:由2350x x -=得:1250,3x x ==,从而54(0,2),(,)33A B -. ||AB ∴== 法二:由2350x x -=得:12125,03x x x x +==. 2||=AB x ∴==-. 【思路点拨】初学者常想到求直线和椭圆的交点,然后利用两点间距离公式求弦长,此种方法仅当直线方程和椭圆方程简单时,易得交点坐标,一般情况不采用此法.弦长公式:2||AB x =-,其中k 为直线AB 的斜率,1122(,),(,)A x y B x y .【设计意图】由特殊到一般,让学生体会韦达定理的应用及解析几何中“设而不求,整体代入”的解题思路.同类训练 已知椭圆2241x y +=及直线y x m =+,求直线被椭圆截得最长弦所在直线方程.【知识点】直线与椭圆相交弦长公式.【解题过程】由题意2241x y y x m⎧+=⎨=+⎩得225210x mx m ++-=, 由韦达定理得122122515m x x m x x ⎧+=-⎪⎪⎨-⎪=⎪⎩, ∴弦长l === 当0m =时,l, 此时直线方程为y x =. 【思维点拨】当直线与椭圆相交时,求弦长时,联立直线方程和椭圆方程,利用韦达定理,就可以直接利用弦长公式求得弦长.●活动② 强化提升,灵活应用例3. 已知椭圆2212x y += (1)求斜率为2的平行弦的中点轨迹方程;(2)过(2,1)A 的直线l 与椭圆相交,求l 被截得的弦的中点轨迹方程;【知识点】直线与椭圆相交,曲线的方程.【解题过程】解:(1)设斜率为2的直线方程为2y x b =+.由22212y x b x y =+⎧⎪⎨+=⎪⎩得2298220x bx b ++-=, 由22(8)36(22)0b b ∆=-->,得33b -<<.设该弦的端点坐标为1122(,),(,)A x y B x y ,则12429x x b +=-,444393b -<-<. 设弦的中点坐标为(,)M x y ,则1249,294x x b x b x +==-=-, 代入2y x b =+,得4440()33x y x +=-<<为所求轨迹方程. (2)设l 与椭圆的交点为1122(,),(,)x y x y ,弦的中点为(,)x y ,则221122221212x y x y ⎧+=⎪⎪⎨⎪+=⎪⎩两式相减并整理得12121212()()2()()0x x x x y y y y -++-+=.又12122,2x x x y y y +=+=121212122()4()=0,()20()x x x y y y y y x y x x ∴-+--+⋅=-① 由题意知1212()1()2y y y x x x --=--,代入①得1202y x y x -+⋅=-. 化简得222220x y x y +--=.∴所求轨迹方程为222220x y x y +--=(夹在椭圆内的部分).【思路点拨】例3(2)解题方法叫做“点差法”,点差法充分体现了“设而不求”的数学思想.【答案】222220x y x y +--=.同类训练 已知定点)01(,-C 及椭圆5322=+y x ,过点C 的动直线与椭圆相交于A B ,两点,若线段AB 中点的横坐标是12-,求直线AB 的方程. 【知识点】直线与椭圆的位置关系.【解题过程】依题意,直线AB 的斜率存在,设直线AB 的方程为(1)y k x =+, 将(1)y k x =+代入5322=+y x ,消去y 整理得2222(31)6350.k x k x k +++-=设1122() () A x y B x y ,,,, 则4222122364(31)(35)0 (1) 6. (2)31k k k k x x k ⎧∆=-+->⎪⎨+=-⎪+⎩, 由线段AB 中点的横坐标是12-, 得2122312312x x k k +=-=-+,解得k =,适合(1). 所以直线AB 的方程为10x +=,或10x ++=.【思维点拨】解决直线和圆锥曲线的相关问题时,韦达定理得应用十分广泛,此题干中涉及中点问题,自然联想到12x x +韦达定理结构.【答案】10x -+=,或10x +=.3.课堂总结知识梳理(1)直线与椭圆的位置关系0∆>,方程有两个不等的实数根⇔有两个公共点⇔相交;0∆=,方程有两个相等的实数根⇔有一个公共点⇔相切;0∆<,方程没有实数根⇔没有公共点⇔相离.(2)弦长公式:2||AB x =-,其中k 为直线AB 的斜率,1122(,),(,)A x y B x y .重难点归纳(1)用方程实根个数刻画直线和圆锥曲线的位置关系,是研究直线和圆锥曲线位置关系的通法;(2)涉及弦中点的问题,常用点差法处理.(三)课后作业基础型 自主突破1.若点P (a,1)在椭圆x 22+y 23=1的外部,则a 的取值范围为( )A.(-233,233)B.(233,+∞)∪(-∞,-233)C.(43,+∞)D.(-∞,-43)【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】因为点P 在椭圆x 22+y 23=1的外部,所以a 22+123>1,解得a >233或a <-233,故选B.【思路点拨】根据点与椭圆的位置关系建立不等式求解.【答案】B 2.点P 为椭圆x 25+y 24=1上一点,以点P 及焦点F 1、F 2为顶点的三角形的面积为1,则P 点的坐标为( )A.(±152,1)B.(152,±1)C.(152,1)D.(±152,±1)【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】设P (x 0,y 0),∵a 2=5,b 2=4,∴c =1,∴12PF F S ∆=12|F 1F 2|·|y 0|=|y 0|=1,∴y 0=±1,∵x 205+y 204=1,∴x 0=±152.故选D.【思路点拨】焦点三角形面积计算以12||F F 为底边.【答案】D3.过椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左焦点F 1作x 轴的垂线交椭圆于点P ,F 2为右焦点,若∠F 1PF 2=60°,则椭圆的离心率为( )A.22B.33C.12D.13【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】把x =-c 代入椭圆方程可得y c =±b 2a , ∴|PF 1|=b 2a ,∴|PF 2|=2b 2a ,故|PF 1|+|PF 2|=3b 2a =2a ,即3b 2=2a 2. 又∵a 2=b 2+c 2,∴3(a 2-c 2)=2a 2,∴(c a )2=13,即e =33.【思路点拨】利用椭圆定义和几何关系解题.【答案】B4.如图F 1、F 2分别是椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的两个焦点,A 和B 是以O 为圆心,以|OF 1|为半径的圆与该左半椭圆的两个交点,且△F 2AB 是等边三角形,则椭圆的离心率为( )A.32B.12C.22D.3-1【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】连接AF 1,由圆的性质知,∠F 1AF 2=90°,又∵△F 2AB 是等边三角形,∴∠AF 2F 1=30°,∴AF 1=c ,AF 2=3c ,∴e =c a =2c 2a =2c c +3c=3-1.故选D.【思路点拨】利用圆的几何性质和椭圆离心率的定义. 【答案】D5.若过椭圆x 216+y 24=1内一点(2,1)的弦被该点平分,则该弦所在直线的方程是_____________.【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】设弦两端点A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则x 2116+y 214=1,x 2216+y 224=1,两式相减并把x 1+x 2=4,y 1+y 2=2代入得,y 1-y 2x 1-x 2=-12, ∴所求直线方程为y -1=-12(x -2),即x +2y -4=0. 【思路点拨】中点弦问题灵活利用点差法. 【答案】x +2y -4=0.6.设F 1、F 2分别为椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右两个焦点,若椭圆C 上的点A (1,32)到F 1、F 2两点的距离之和为4,则椭圆C 的方程是________,焦点坐标是________.【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】由|AF 1|+|AF 2|=2a =4得a =2. ∴原方程化为:x 24+y 2b 2=1, 将A (1,32)代入方程得b 2=3.∴椭圆方程为:x 24+y 23=1,焦点坐标为(±1,0). 【思路点拨】把握椭圆的定义解题. 【答案】x 24+y 23=1;(±1,0). 能力型 师生共研7.设椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率为e =12,右焦点为F (c,0),方程ax 2+bx -c=0的两个实根分别为x 1和x 2,则点P (x 1,x 2)( ) A.必在圆x 2+y 2=2上 B.必在圆x 2+y 2=2外 C.必在圆x 2+y 2=2内 D.以上三种情形都有可能 【知识点】椭圆的几何性质. 【解题过程】e =12⇒c a =12⇒c =a2, a 2-b 2a 2=14⇒b 2a 2=34 ⇒b a =32⇒b =32a .∴ax 2+bx -c =0⇒ax 2+32ax -a2=0⇒x 2+32x -12=0,x 1+x 2=-32,x 1x 2=-12, ∴x 21+x 22=(x 1+x 2)2-2x 1x 2=34+1=74<2. ∴在圆x 2+y 2=2内,故选C.【思路点拨】简化,,a b c 关系将方程具体化. 【答案】C8.如图,在椭圆中,若AB ⊥BF ,其中F 为焦点,A 、B 分别为长轴与短轴的一个端点,则椭圆的离心率e =________.【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】设椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1,则有A (-a,0),B (0,b ),F (c,0),由AB ⊥BF ,得k AB ·k BF =-1,而k AB =b a ,k BF =-b c 代入上式得()1b b a c -=-,利用b 2=a 2-c 2消去b 2,得a c -c a =1,即1e -e =1,解得e =-1±52,∵e>0,∴e =5-12.【思路点拨】利用椭圆几何性质解题. 【答案】e =5-12.探究型 多维突破9.已知过点A (-1,1)的直线l 与椭圆x 28+y 24=1交于点B ,C ,当直线l 绕点A (-1,1)旋转时,求弦BC 中点M 的轨迹方程. 【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】设直线l 与椭圆的交点B (x 1,y 1),C (x 2,y 2),弦BC 的中点M (x ,y ),则⎩⎪⎨⎪⎧x 218+y 214=1,①x 228+y 224=1,②①-②,得(x 218-x 228)+(y 214-y 224)=0,∴(x 1+x 2)(x 1-x 2)+2(y 1+y 2)(y 1-y 2)=0.③当x 1≠x 2时,③式可化为(x 1+x 2)+2(y 1+y 2)·y 2-y 1x 2-x 1=0.∵x 1+x 22=x ,y 1+y 22=y ,y 2-y 1x 2-x 1=y -1x +1,∴2x +2·2y ·y -1x +1=0,化简得x 2+2y 2+x -2y =0.当x 1=x 2时,∵点M (x ,y )是线段BC 中点, ∴x =-1,y =0,显然适合上式.综上所述,所求弦中点M 的轨迹方程是x 2+2y 2+x -2y =0. 【思路点拨】弦中点问题灵活利用点差法解题. 【答案】x 2+2y 2+x -2y =0.10.已知椭圆方程22123x y +=,试确定m 的范围,使椭圆上存在两个不同点关于直线4y x m =+对称.【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】设点1122(,),(,)A x y B x y 为椭圆上点,且关于直线4y x m =+对称,另设AB 中点坐标为00(,)M x y则22112222123123x y x y ⎧+=⎪⎪⎨⎪+=⎪⎩作差得1212121211023y y y y x x x x -++⋅=-+ 01212121203322AB y y y y y k x x x x x -+⇒⋅=-⇒⋅=--+ ① 1122(,),(,)A x y B x y 关于直线4y x m =+对称,14AB k ∴=-,代入①式得006y x = ②易知点00(,)M x y 必在直线4y x m =+上,004y x m ∴=+ ③ 联立②③解得(,3)2mM m AB 为椭圆的弦,∴中点M 必在椭圆内, 22()(3)2123m m ∴+<,m <<【思路点拨】注意利用弦的中点在椭圆内部建立不等关系解题.【答案】m <<自助餐1.已知m 、n 、m +n 成等差数列,m 、n 、mn 成等比数列,则椭圆x 2m +y 2n =1的离心率为( )A.12B.33C.22D.32【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】由已知得⎩⎨⎧2n =m +m +n ,n 2=m 2n .解得⎩⎨⎧m =2,n =4.∴e =n -m n =22,故选C.【思路点拨】利用离心率的定义. 【答案】C2.AB 为过椭圆x 2a 2+y 2b 2=1中心的弦,F (c,0)为椭圆的左焦点,则△AFB 的面积最大值是( )A.b 2B.bcC.abD.ac 【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】S △ABF =S △AOF +S △BOF =12|OF |·|y A -y B |, 当A 、B 为短轴两个端点时,|y A -y B |最大,最大值为2b . ∴△ABF 面积的最大值为bc .【思路点拨】椭圆几何性质把握图形中的几何关系. 【答案】B3.在△ABC 中,AB =BC ,cos B =-718.若以A ,B 为焦点的椭圆经过点C ,则该椭圆的离心率e =( )A.34B.37C.38D.318 【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】设|AB |=x >0,则|BC |=x , AC 2=AB 2+BC 2-2AB ·BC ·cos B=x 2+x 2-2x 2·(-718)=259x 2,∴|AC |=53x , 由条件知,|CA |+|CB |=2a ,AB =2c , ∴53x +x =2a ,x =2c ,∴e =c a =2c 2a =x 83x =38.【思路点拨】注意转化为椭圆的定义. 【答案】C4.若点O 和点F 分别为椭圆x 24+y 23=1的中心和左焦点,点P 为椭圆上的任意一点,则OP →·FP →的最大值为( )A.2B.3C.6D.8 【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】由题意可知O (0,0),F (-1,0),设点P 为(x ,y ),则OP →=(x ,y ), FP →=(x +1,y ),∴OP →·FP→=x (x +1)+y 2=x 2+x +y 2=x 2+x +3-34x 2 =14x 2+x +3=14(x +2)2+2. ∵x ∈[-2,2],∴当x =2时,OP →·FP →取最大值.(OP →·FP →)max=14(2+2)2+2=6,故选C. 【思路点拨】数量积问题坐标化处理. 【答案】C5.设椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)过点(0,4),离心率为35. (1)求椭圆C 的方程;(2)求过点(3,0)且斜率为45的直线被C 所截线段的中点坐标. 【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】(1)将点(0,4)代入椭圆C 的方程,得16b 2=1,∴b =4, 又e =c a =35,则a 2-b 2a 2=925,∴1-16a 2=925,∴a =5, ∴椭圆C 的方程为x 225+y 216=1.(2)过点(3,0)且斜率为45的直线方程为y =45(x -3),设直线与椭圆C 的交点为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),将直线方程y =45(x -3)代入椭圆方程得22(3)12525x x -+=,即x 2-3x -8=0,由韦达定理得x 1+x 2=3,所以线段AB 中点的横坐标为x 1+x 22=32,纵坐标为45(32-3)=-65,即所截线段的中点坐标为(32,-65).【思路点拨】直线与椭圆相交注意利用韦达定理解题. 【答案】见上6.设12F F 、是椭圆:E 2221(01)y x b b+=<<的左、右焦点,过1F 的直线l 与E 相交于A 、B 两点,且22||,||,||AF AB BF 成等差数列. (1)求||AB ;(2)若直线l 的斜率为1,求b 得值. 【知识点】椭圆的几何性质.【解题过程】(1)由椭圆定义知:22||||||4AF AB BF ++=, 又222||||||AB AF BF =+,得4||3AB =. (2)l 的方程为y x c =+,其中c =设1122(,),(,)A x y B x y ,则2221y x c y x b =+⎧⎪⎨+=⎪⎩化简得222(1)2120b x cx b +++-=,则2121222212,11c b x x x x b b--+==++ 因为直线AB 的斜率为1,所以21|||AB x x =-,即214||3x x -.则224212122222284(1)4(12)8()49(1)(1)(1)b b b x x x x b b b --=+-=-=+++,解得b =【思路点拨】将弦长||AB 从两个不同角度考虑,建立等式解题. 【答案】见上。
2.1.2 椭圆的简单几何性质◆知识与技能目标了解用方程的方法研究图形的对称性;理解椭圆的范围、对称性及对称轴,对称中心、离心率、顶点的概念;掌握椭圆的标准方程、会用椭圆的定义解决实际问题;通过例题了解椭圆的第二定义,准线及焦半径的概念,利用信息技术初步了解椭圆的第二定义.◆过程与方法目标(1)复习与引入过程引导学生复习由函数的解析式研究函数的性质或其图像的特点,在本节中不仅要注意通过对椭圆的标准方程的讨论,研究椭圆的几何性质的理解和应用,而且还注意对这种研究方法的培养.①由椭圆的标准方程和非负实数的概念能得到椭圆的范围;②由方程的性质得到椭圆的对称性;③先定义圆锥曲线顶点的概念,容易得出椭圆的顶点的坐标及长轴、短轴的概念;④通过P48的思考问题,探究椭圆的扁平程度量椭圆的离心率.〖板书〗§2.1.2椭圆的简单几何性质.(2)新课讲授过程(i)通过复习和预习,知道对椭圆的标准方程的讨论来研究椭圆的几何性质.提问:研究曲线的几何特征有什么意义?从哪些方面来研究?通过对曲线的范围、对称性及特殊点的讨论,可以从整体上把握曲线的形状、大小和位置.要从范围、对称性、顶点及其他特征性质来研究曲线的几何性质.(ii )椭圆的简单几何性质①范围:由椭圆的标准方程可得,222210y x b a=-≥,进一步得:a x a -≤≤,同理可得:b y b -≤≤,即椭圆位于直线x a =±和y b =±所围成的矩形框图里;②对称性:由以x -代x ,以y -代y 和x -代x ,且以y -代y 这三个方面来研究椭圆的标准方程发生变化没有,从而得到椭圆是以x 轴和y 轴为对称轴,原点为对称中心;③顶点:先给出圆锥曲线的顶点的统一定义,即圆锥曲线的对称轴与圆锥曲线的交点叫做圆锥曲线的顶点.因此椭圆有四个顶点,由于椭圆的对称轴有长短之分,较长的对称轴叫做长轴,较短的叫做短轴;④离心率: 椭圆的焦距与长轴长的比a c e =叫做椭圆的离心率(10<<e ),⎩⎨⎧→→→椭圆图形越扁时当01a ,,b ,c e ;⎩⎨⎧→→→椭圆越接近于圆时当a,b ,c e 00 .(iii )例题讲解与引申、扩展例4 求椭圆221625400x y +=的长轴和短轴的长、离心率、焦点和顶点的坐标.分析:由椭圆的方程化为标准方程,容易求出,,a b c .引导学生用椭圆的长轴、短轴、离心率、焦点和顶点的定义即可求相关量.扩展:已知椭圆()22550mx y m m +=>的离心率为105e =m 的值. 解法剖析:依题意,0,5m m >≠,但椭圆的焦点位置没有确定,应分类讨论:①当焦点在x 轴上,即05m <<时,有5,,5a b m c m ===-5255m-=,得3m =;②当焦点在y 轴上,即5m >时,有,5,5a m b c m ===-510253m m m -=⇒=. 例 5 如图,一种电影放映灯的反射镜面是旋转椭圆面的一部分.过对对称的截口BAC 是椭圆的一部分,灯丝位于椭圆的一个焦点1F 上,片门位于另一个焦点2F 上,由椭圆一个焦点1F 发出的光线,经过旋转椭圆面反射后集中到另一个焦点2F .已知12BC F F ⊥,1 2.8F B cm =,12 4.5F F cm =.建立适当的坐标系,求截口BAC 所在椭圆的方程.解法剖析:建立适当的直角坐标系,设椭圆的标准方程为22221x y a b +=,算出,,a b c 的值;此题应注意两点:①注意建立直角坐标系的两个原则;②关于,,a b c 的近似值,原则上在没有注意精确度时,看题中其他量给定的有效数字来决定.引申:如图所示, “神舟”截人飞船发射升空,进入预定轨道开始巡天飞行,其轨道是以地球的中心2F 为一个焦点的椭圆,近地点A 距地面200km ,远地点B 距地面350km ,已知地球的半径6371R km =.建立适当的直角坐标系,求出椭圆的轨迹方程.例6如图,设(),M x y 与定点()4,0F 的距离和它到直线l :254x =的距离的比是常数45,求点M 的轨迹方程.分析:若设点(),M x y ,则()224MF x y =-+l :254x =的距离254d x =-,则容易得点M 的轨迹方程.引申:(用《几何画板》探究)若点(),M x y 与定点(),0F c 的距离和它到定直线l :2a x c =的距离比是常数c e a=()0a c >>,则点M 的轨迹方程是椭圆.其中定点(),0F c 是焦点,定直线l :2a x c=相应于F 的准线;由椭圆的对称性,另一焦点(),0F c '-,相应于F '的准线l ':2a x c =-.◆ 情感、态度与价值观目标在合作、互动的教学氛围中,通过师生之间、学生之间的交流、合作、互动实现共同探究,教学相长的教学活动情境,结合教学内容,培养学生科学探索精神、审美观和科学世界观,激励学生创新.必须让学生认同和掌握:椭圆的简单几何性质,能由椭圆的标准方程能直接得到椭圆的范围、对称性、顶点和离心率;必须让学生认同与理解:已知几何图形建立直角坐标系的两个原则,①充分利用图形对称性,②注意图形的特殊性和一般性;必须让学生认同与熟悉:取近似值的两个原则:①实际问题可以近似计算,也可以不近似计算,②要求近似计算的一定要按要求进行计算,并按精确度要求进行,没有作说明的按给定的有关量的有效数字处理;让学生参与并掌握利用信息技术探究点的轨迹问题,培养学生学习数学的兴趣和掌握利用先进教学辅助手段的技能.◆能力目标(1)分析与解决问题的能力:通过学生的积极参与和积极探究,培养学生的分析问题和解决问题的能力.(2)思维能力:会把几何问题化归成代数问题来分析,反过来会把代数问题转化为几何问题来思考;培养学生的会从特殊性问题引申到一般性来研究,培养学生的辩证思维能力.(3)实践能力:培养学生实际动手能力,综合利用已有的知识能力.(4)创新意识能力:培养学生思考问题、并能探究发现一些问题的能力,探究解决问题的一般的思想、方法和途径.。
2.1.2 椭圆的简单几何性质(二)学习目标 1.进一步巩固椭圆的简单几何性质.2.掌握直线与椭圆位置关系的相关知识.知识点一 点与椭圆的位置关系 思考 点与椭圆有几种位置关系?答案 三种位置关系:点在椭圆上,点在椭圆内,点在椭圆外. 设点P (x 0,y 0),椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0).(1)点P 在椭圆上⇔x 20a 2+y 20b 2=1;(2)点P 在椭圆内⇔x 20a 2+y 20b 2<1;(3)点P 在椭圆外⇔x 20a 2+y 20b2>1.知识点二 直线与椭圆的位置关系 思考1 直线与椭圆有哪几种位置关系? 答案 三种位置关系:相离、相切、相交.思考2 我们知道,可以用圆心到直线的距离d 与圆的半径r 的大小关系判断直线与圆的位置关系,这种方法称为几何法,能否用几何法判断直线与椭圆的位置关系? 答案 不能.思考3 用什么方法判断直线与椭圆的位置关系? 答案 代数法——判断直线与椭圆公共点个数来确定. 直线y =kx +m 与椭圆x 2a 2+y 2b2=1,联立⎩⎪⎨⎪⎧y =kx +m ,x 2a 2+y 2b 2=1,消y 得一个一元二次方程.知识点三 直线与椭圆的相交弦思考 若直线与椭圆相交,如何求相交弦弦长?答案 弦长公式:(1)|AB |=(x 1-x 2)2+(y 1-y 2)2=1+k 2|x 1-x 2|=(1+k 2)[(x 1+x 2)2-4x 1x 2]; (2)|AB |=1+1k2|y 1-y 2|=(1+1k2)[(y 1+y 2)2-4y 1y 2](直线与椭圆的交点A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),k 为直线的斜率).其中,x 1+x 2,x 1x 2或y 1+y 2,y 1y 2的值,可通过由直线方程与椭圆方程联立消去y 或x 后得到关于x 或y 的一元二次方程得到.类型一 直线与椭圆的位置关系例1 (1)直线y =kx -k +1与椭圆x 22+y 23=1的位置关系是( )A.相交B.相切C.相离D.不确定 答案 A解析 直线y =kx -k +1=k (x -1)+1过定点(1,1),且该点在椭圆内部,因此必与椭圆相交. (2)在平面直角坐标系xOy 中,经过点(0,2)且斜率为k 的直线l 与椭圆x 22+y 2=1有两个不同的交点P 和Q .求k 的取值范围.解 由已知条件知直线l 的方程为y =kx +2,代入椭圆方程得x 22+(kx +2)2=1.整理得⎝⎛⎭⎫12+k 2x 2+22kx +1=0.直线l 与椭圆有两个不同的交点P 和Q 等价于Δ=8k 2-4⎝⎛⎭⎫12+k 2=4k 2-2>0,解得k <-22或k >22. 即k 的取值范围为⎝⎛⎭⎫-∞,-22∪⎝⎛⎭⎫22,+∞.反思与感悟 直线与椭圆的位置关系判别方法(代数法) 联立直线与椭圆的方程,消元得到一元二次方程 (1)Δ>0⇔直线与椭圆相交⇔有两个公共点. (2)Δ=0⇔直线与椭圆相切⇔有且只有一个公共点. (3)Δ<0⇔直线与椭圆相离⇔无公共点.跟踪训练1 (1)已知直线l 过点(3,-1),且椭圆C :x 225+y 236=1,则直线l 与椭圆C 的公共点的个数为( ) A.1 B.1或2 C.2 D.0(2)若直线y =kx +2与椭圆x 23+y 22=1相切,则斜率k 的值是( )A.63 B.-63 C.±63 D.±33答案 (1)C (2)C解析 (1)因为直线过定点(3,-1)且3225+(-1)236<1,所以点(3,-1)在椭圆的内部,故直线l 与椭圆有2个公共点.(2)把y =kx +2代入x 23+y 22=1得(2+3k 2)x 2+12kx +6=0,由于Δ=0,∴k 2=23,∴k =±63.类型二 直线与椭圆的相交弦问题例2 已知椭圆x 236+y 29=1和点P (4,2),直线l 经过点P 且与椭圆交于A 、B 两点.(1)当直线l 的斜率为12时,求线段AB 的长度;(2)当P 点恰好为线段AB 的中点时,求l 的方程. 解 (1)由已知可得直线l 的方程为y -2=12(x -4),即y =12x .由⎩⎨⎧y =12x ,x 236+y29=1,消去y 可得x 2-18=0,若设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2).则x 1+x 2=0,x 1x 2=-18.于是|AB |=(x 1-x 2)2+(y 1-y 2)2 =(x 1-x 2)2+14(x 1-x 2)2=52(x 1+x 2)2-4x 1x 2 =52×62=310.所以线段AB 的长度为310. (2)方法一 设l 的斜率为k ,则其方程为y -2=k (x -4). 联立⎩⎪⎨⎪⎧y -2=k (x -4),x 236+y 29=1,消去y 得(1+4k 2)x 2-(32k 2-16k )x +(64k 2-64k -20)=0. 若设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则x 1+x 2=32k 2-16k1+4k 2,由于AB 的中点恰好为P (4,2),所以x 1+x 22=16k 2-8k 1+4k 2=4,解得k =-12,且满足Δ>0. 这时直线的方程为y -2=-12(x -4),即x +2y -8=0.方法二 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则有⎩⎨⎧x 2136+y 219=1,x 2236+y229=1,两式相减得x 22-x 2136+y 22-y 219=0,整理得k AB =y 2-y 1x 2-x 1=-9(x 2+x 1)36(y 2+y 1),由于P (4,2)是AB 的中点,∴x 1+x 2=8,y 1+y 2=4, 于是k AB =-9×836×4=-12,于是直线AB 的方程为y -2=-12(x -4),即x +2y -8=0.反思与感悟 处理直线与椭圆相交的关系问题的通法是通过解直线与椭圆构成的方程.利用根与系数的关系或中点坐标公式解决,涉及弦的中点,还可使用点差法:设出弦的两端点坐标,代入椭圆方程,两式相减即得弦的中点与斜率的关系. 跟踪训练2已知椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)经过点(0,3),离心率为12,左,右焦点分别为F 1(-c,0),F 2(c,0).(1)求椭圆的方程;(2)若直线l :y =-12x +m 与椭圆交于A 、B 两点,与以F 1F 2为直径的圆交于C 、D 两点,且满足|AB ||CD |=534,求直线l 的方程.解 (1)由题意可得⎩⎪⎨⎪⎧b =3,c a =12,a 2=b2+c 2,解得b =3,c =1,a =2,∴椭圆的方程为x 24+y 23=1.(2)由题意可得以F 1F 2为直径的圆的方程为x 2+y 2=1, ∴圆心到直线l 的距离d =2|m |5,由d <1,可得|m |<52,(*) ∴|CD |=21-d 2=21-4m 25=255-4m 2.设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),联立⎩⎨⎧y =-12x +m ,x 24+y23=1,化为x 2-mx +m 2-3=0,可得x 1+x 2=m ,x 1x 2=m 2-3, ∴|AB |= ⎣⎡⎦⎤1+⎝⎛⎭⎫-122[m 2-4(m 2-3)] =1524-m 2. 由|AB ||CD |=534,得 4-m 25-4m2=1,解得m =±33满足(*). 因此直线l 的方程为y =-12x +33或y =-12x -33.类型三 椭圆中的最值(范围)问题例3 已知焦点在x 轴上的椭圆C 的左,右焦点分别为F 1,F 2,椭圆的离心率为12,且椭圆经过点P (1,32).(1)求椭圆C 的标准方程;(2)线段PQ 是椭圆过点F 2的弦,且PF 2→=λF 2Q →,求△PF 1Q 内切圆面积最大时实数λ的值. 解 (1)e =c a =12,P (1,32)满足1a 2+(32)2b 2=1,又a 2=b 2+c 2,∴a 2=4,b 2=3, ∴椭圆标准方程为x 24+y 23=1.(2)显然直线PQ 不与x 轴重合,当直线PQ 与x 轴垂直时,|PQ |=3,|F 1F 2|=2,1PF Q S ∆=3;当直线PQ 不与x 轴垂直时,设直线PQ :y =k (x -1),k ≠0代入椭圆C 的标准方程,整理,得(3+4k 2)y 2+6ky -9k 2=0, Δ>0,y 1+y 2=-6k 3+4k 2,y 1·y 2=-9k 23+4k 2.1PF Q S ∆=12·|F 1F 2|·|y 1-y 2|=12k 2+k 4(3+4k 2)2,令t =3+4k 2,∴t >3,k 2=t -34,∴1PF Q S ∆=3-3(1t +13)2+43,∵0<1t <13,∴1PF Q S ∆∈(0,3),∴当直线PQ 与x 轴垂直时1PF Q S ∆最大,且最大面积为3. 设△PF 1Q 内切圆半径为r ,则1PF Q S ∆=12(|PF 1|+|QF 1|+|PQ |)·r =4r ≤3.即r max =34,此时直线PQ 与x 轴垂直,△PF 1Q 内切圆面积最大,∴PF 2→=F 2Q →,∴λ=1.反思与感悟 求最值问题的基本策略(1)求解形如|P A |+|PB |的最值问题,一般通过椭圆的定义把折线转化为直线,当且仅当三点共线时|P A |+|PB |取得最值.(2)求解形如|P A |的最值问题,一般通过二次函数的最值求解,此时一定要注意自变量的取值范围.(3)求解形如ax +by 的最值问题,一般通过数形结合的方法转化为直线问题解决. 跟踪训练3 已知椭圆C :x 2+2y 2=4. (1)求椭圆C 的离心率;(2)设O 为原点,若点A 在直线y =2上,点B 在椭圆C 上,且OA ⊥OB ,求线段|AB |长度的最小值.解 (1)椭圆C :x 2+2y 2=4化为标准方程为x 24+y 22=1,∴a =2,b =2,c =2, ∴椭圆C 的离心率e =c a =22.(2)设A (t,2),B (x 0,y 0),x 0≠0,∵OA ⊥OB , ∴OA →·OB →=0,∴tx 0+2y 0=0,∴t =-2y 0x 0,又∵x 20+2y 20=4,∴0<x 20≤4.∴|AB |2=(x 0-t )2+(y 0-2)2=x 202+8x 20+4≥4+4=8,当且仅当x 202=8x 20,即x 20=4时等号成立, ∴线段|AB |长度的最小值为2 2.1.点A (a,1)在椭圆x 24+y 22=1的内部,则a 的取值范围是( )A.-2<a < 2B.a <-2或a > 2C.-2<a <2D.-1<a <1答案 A解析 由题意知a 24+12<1,解得-2<a < 2.2.已知直线l :x +y -3=0,椭圆x 24+y 2=1,则直线与椭圆的位置关系是( )A.相交B.相切C.相离D.相切或相交 答案 C解析 把x +y -3=0代入x 24+y 2=1,得x 24+(3-x )2=1,即5x 2-24x +32=0. ∵Δ=(-24)2-4×5×32=-64<0, ∴直线与椭圆相离. 3.椭圆x 24+y 23=1的右焦点到直线y =3x 的距离是( )A.12B.32 C.1 D.3 答案 B解析 椭圆的右焦点为F (1,0),由点到直线的距离公式得d =33+1=32.选B. 4.椭圆x 216+y 24=1上的点到直线x +2y -2=0的最大距离是( )A.3B.11C.2 2D.10解析 设与直线x +2y -2=0平行的直线为x +2y +m =0与椭圆联立得,(-2y -m )2+4y 2-16=0,即4y 2+4my +4y 2-16+m 2=0得2y 2+my -4+m 24=0. Δ=m 2-8⎝⎛⎭⎫m 24-4=0,即-m 2+32=0, ∴m =±4 2.∴两直线间距离最大是当m =42时, d max =|-2-42|5=10. 5.若直线y =x +1与椭圆x 22+y 2=1相交于A ,B 两个不同的点,则|AB |=__________.答案423解析 由题意⎩⎪⎨⎪⎧y =x +1,x 22+y 2=1, 解得A ,B 两个不同的点的坐标分别为(0,1),⎝⎛⎭⎫-43,-13, 故|AB |=169+169=423. 6.经过椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的焦点且垂直于椭圆长轴的弦长为__________.答案 2b 2a解析 ∵垂直于椭圆长轴的弦所在直线为x =±c ,由c 2a 2+y 2b 2=1,得y 2=b 4a 2, ∴|y |=b 2a ,故弦长为2b 2a.解决直线与椭圆的位置关系问题经常利用设而不求的方法,解题步骤为: (1)设直线与椭圆的交点为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2); (2)联立直线与椭圆的方程;(3)消元得到关于x 或y 的一元二次方程; (4)利用根与系数的关系设而不求;(5)把题干中的条件转化为x 1+x 2,x 1·x 2或y 1+y 2,y 1·y 2,进而求解.1.已知AB 为过椭圆x 2a 2+y 2b 2=1中心的弦,F (c,0)为椭圆的右焦点,则△AFB 面积的最大值为( ) A.b 2 B.ab C.ac D.bc答案 D解析 当直线AB 为y 轴时面积最大,|AB |=2b ,△AFB 的高为c ,∴此时S △AFB =12·2b ·c =bc .2.已知直线y =kx +1和椭圆x 2+2y 2=1有公共点,则k 的取值范围是( ) A.k <-22或k >22 B.-22<k <22 C.k ≤-22或k ≥22 D.-22≤k ≤22答案 C解析 由⎩⎪⎨⎪⎧y =kx +1x 2+2y 2=1,得(2k 2+1)x 2+4kx +1=0. ∵直线与椭圆有公共点. ∴Δ=16k 2-4(2k 2+1)≥0,则k ≥22或k ≤-22. 3.直线l 交椭圆x 216+y 212=1于A ,B 两点,AB 的中点为M (2,1),则l 的方程为( )A.2x -3y -1=0B.3x -2y -4=0C.2x +3y -7=0D.3x +2y -8=0答案 D解析 根据点差法求出k AB =-32,∴l 的方程为y -1=-32(x -2),∴化简得3x +2y -8=0.4.若直线mx +ny =4和⊙O :x 2+y 2=4没有交点,则过点P (m ,n )的直线与椭圆x 29+y 24=1的交点个数为( ) A.2个 B.至多一个 C.1个 D.0个答案 A解析 若直线与圆没有交点,则d =4m 2+n 2>2,∴m 2+n 2<4,即m 2+n 24<1.∴m 29+n 24<1, ∴点(m ,n )在椭圆的内部,故直线与椭圆有2个交点.5.已知F 1、F 2是椭圆的两个焦点,满足MF 1→·MF 2→=0的点M 总在椭圆内部,则椭圆离心率的取值范围是( ) A.(0,1) B.⎝⎛⎦⎤0,12 C.⎝⎛⎭⎫0,22 D.⎣⎡⎭⎫22,1答案 C解析 ∵MF 1→·MF 2→=0,∴点M 的轨迹是以F 1F 2为直径的圆,其方程为x 2+y 2=c 2.由题意知椭圆上的点在该圆的外部,设椭圆上任意一点P (x ,y ),则|OP |min =b , ∴c <b ,即c 2<a 2-c 2.解得e =c a <22.∵0<e <1,∴0<e <22. 6.过椭圆x 2+2y 2=4的左焦点F 作倾斜角为π3的弦AB ,则弦AB 的长为( )A.67B.167C.716D.76 答案 B解析 椭圆的方程可化为x 24+y 22=1,∴F (-2,0).又∵直线AB 的斜率为3, ∴直线AB 的方程为y =3x + 6.由⎩⎨⎧y =3x +6,x 2+2y 2=4,得7x 2+122x +8=0. 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2), 则x 1+x 2=-1227,x 1x 2=87,∴|AB |=(1+k 2)[(x 1+x 2)2-4x 1x 2]=167.二、填空题7.已知以F 1(-2,0),F 2(2,0)为焦点的椭圆与直线x +3y +4=0有且仅有一个交点,则椭圆的长轴长为________.答案 27解析 设椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)与直线方程联立消去x 得(a 2+3b 2)y 2+83b 2y +16b 2-a 2b 2=0,由Δ=0及c =2得a 2=7,∴2a =27.8.以等腰直角三角形ABC 的两个顶点为焦点,并且经过另一顶点的椭圆的离心率为____________.答案 2-1或22解析 当以两锐角顶点为焦点时,因为三角形为等腰直角三角形,故有b =c ,此时可求得离心率e =c a =c b 2+c2=c 2c =22;同理,当以一直角顶点和一锐角顶点为焦点时,设直角边长为m ,故有2c =m,2a =(1+2)m ,所以离心率e =c a =2c 2a =m (1+2)m =2-1. 9.过椭圆x 25+y 24=1的右焦点作一条斜率为2的直线与椭圆交于A 、B 两点,O 为原点,则△OAB 的面积为________.答案 53解析 直线方程为y =2x -2,与椭圆方程x 25+y 24=1联立,可以解得A (0,-2),B ⎝⎛⎭⎫53,43,∴S △=12|OF |·|y A -y B |=53(也可以用设而不求的方法求弦长|AB |,再求出点O 到AB 的距离,进而求出△AOB 的面积). 三、解答题10.如图,椭圆E :x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的左焦点为F 1,右焦点为F 2,离心率e =12.过F 1的直线交椭圆于A ,B 两点,且△ABF 2的周长为8,求椭圆E 的方程.解 由题意得|AB |+|AF 2|+|BF 2|=|AF 1|+|BF 1|+|AF 2|+|BF 2|=(|AF 1|+|AF 2|)+(|BF 1|+|BF 2|)=4a =8,得a =2.又e =c a =12, ∴c =1.∴b 2=a 2-c 2=22-12=3.∴椭圆E 的方程为x 24+y 23=1. 11.已知椭圆的短轴长为23,焦点坐标分别是(-1,0)和(1,0).(1)求这个椭圆的标准方程;(2)如果直线y =x +m 与这个椭圆交于不同的两点,求m 的取值范围.解 (1)∵2b =23,c =1,∴b =3,a 2=b 2+c 2=4.故所求椭圆的标准方程为x 24+y 23=1. (2)联立方程组⎩⎪⎨⎪⎧y =x +m ,x 24+y 23=1, 消去y 并整理得7x 2+8mx +4m 2-12=0.若直线y =x +m 与椭圆x 24+y 23=1有两个不同的交点, 则有Δ=(8m )2-28(4m 2-12)>0,即m 2<7,解得-7<m <7.即m 的取值范围是(-7,7).12.椭圆ax 2+by 2=1与直线x +y -1=0相交于A ,B 两点,C 是AB 的中点,若|AB |=22,OC 的斜率为22,求椭圆的方程. 解 由⎩⎪⎨⎪⎧ax 2+by 2=1,x +y =1,得(a +b )x 2-2bx +b -1=0. 设A (x 1,y 1)、B (x 2,y 2),则|AB |=(k 2+1)(x 1-x 2)2=2·4b 2-4(a +b )(b -1)(a +b )2. ∵|AB |=22,∴a +b -ab a +b=1.① 设C (x ,y ),则x =x 1+x 22=b a +b ,y =1-x =a a +b, ∵OC 的斜率为22,∴a b =22. 代入①,得a =13,b =23. ∴椭圆方程为x 23+23y 2=1. 13.设椭圆C :x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的右焦点为F ,过F 的直线l 与椭圆C 相交于A ,B 两点,直线l 的倾斜角为60°,椭圆的离心率为23.如果|AB |=154,求椭圆C 的方程.解 由题意知离心率e =c a =23,c =23a , 由b 2=a 2-c 2,得b =53a . ∴椭圆C 的方程为x 2a 2+9y 25a2=1.① 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),直线l 的方程为y =3(x -c ),即y =3⎝⎛⎭⎫x -23a ,与①联立得 32x 2-36ax +7a 2=0,(4x -a )·(8x -7a )=0,解得x 1=a 4,x 2=7a 8. 由|AB |=1+3|x 1-x 2|=2|a 4-7a 8|=54a =154, 解得a =3,∴b =53a = 5. ∴椭圆C 的方程为x 29+y 25=1.。
第五课时 椭圆的简单几何性质
教学目标
1、掌握椭圆的几何性质,掌握用坐标法研究直线与椭圆的位置关系
2、熟练地求弦长、面积、对称等问题
3、培养对数学的理解能力及分析问题、解决问题的能力
教学过程
1、复习回顾
椭圆的定义、几何性质
判断直线与圆的位置关系的方法
2、探索研究
直线与椭圆的位置关系:坐标法(围绕直线与椭圆的公共点展开的),将直线方程与椭圆方程组成方程组,消元后得到一个一元二次方程,当Δ=0时,直线与椭圆相切;当Δ>0时,直线与椭圆相交;当Δ<0时,直线与椭圆相离。
3、反思应用
例1 当m 为何值时,直线l :y =x +m 与椭圆9x 2+16y 2=144相切、相交、相离?
分析:将直线方程y =x +m 代入椭圆9x 2+16y 2=144中,得9x 2+16(x +m)2=144,
整理,得25x 2+32mx +16m 2-144=0,∵Δ=(32m)2―4·25(16m 2―144)=-576m 2+14400
当Δ=0即m =±5时,直线与椭圆相切;
当Δ>0即-5<m <5时,直线与椭圆相交;
当Δ<0即m <-5或m >5时,直线与椭圆相离。
例2 已知斜率为1的直线l 经过椭圆x 2+4y 2=4的右焦点交椭圆于A 、B 两点,求弦长|AB|。
分析:设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),由椭圆方程知:a 2=4,b 2=1,∴c 2
=3,∴右焦点)0,3(F , ∴直线l 的方程为3-=x y ,代入椭圆得083852=+-x x 588)(2||2||,58,53821221122121=-+=-=∴==+∴x x x x x x AB x x x x 小结:弦长公式||1||122x x k AB -+=
例3 过椭圆x 2/16+y 2
/4=1内一点M(2,1)引一条弦AB ,使AB 被点M 平分,求弦AB 所在直线的方程。
解一:当弦AB 的斜率不存在时,弦AB 的方程为x=2,不合题意舍去
设弦AB 所在直线的方程为:y -1=k(x -2),代入椭圆方程并整理得
(4k 2+1)x 2―8(2k 2―k)x +4(k 2―1)2―16=0,又设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),则x 1、x 2为方程的两个根, 于是14)2(42221+-=+k k k x x ,又M 为AB 的中点,21
4)2(222221=+-=+∴k k k x x ,解之得k =-1/2,故所求弦AB 的方程是x +2y -4=0
解二:设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),∵M(2,1)为AB 的中点,∴x 1+x 2=4,y 1+y 2=2
又∵A 、B 两点在椭圆上,∴x 12+4y 12=16,x ,22+4y 22=16,两式相减得x 12-x 22+4(y 12-y 22)
=0,
2
1,21)(421212121-=∴-=++-=--∴AB k y y x x x x y y ,故所求弦AB 的方程是x +2y -4=0 解三:设A(x,y),由M(2,1)为AB 的中点得B(4―x,2―y)
∵A 、B 两点在椭圆上,∴x 2+4y 2=16,(4-x)2+4(2-y)2=16,两式相减得x +2y -4=0,
由于过A 、B 的直线只有一条,故所求弦AB 的方程是x +2y -4=0
小结:解一常规解法;解二是解决有关中点弦问题的常用方法;解三利用曲线系解题。
例4 试确定实数m 的取值范围,使椭圆x 2/4+y 2/3=1上存在两点关于直线l :y =2x +m
对称。
解一:设存在A(x 1,y 1),B(x 2,y 2) 关于直线l :y =2x +m 对称,故可设直线AB 的方程为y =
2x +t ,代入椭圆方程x 2/4+y 2/3=1,并整理得x 2―tx +t 2―3=0,则Δ=t 2―4(t 2―3)>0。
解得-2<t <2。
∵x 1+x 2=t ,∴AB 的中点M 为(t/2,3t/4),∵M 在直线l 上,∴3t/4=2t/2+m,即m =-t/4,从而-1/2<m <1/2.
解二:设存在A(x 1,y 1),B(x 2,y 2) 关于直线l :y =2x +m 对称,,则AB ⊥l ,且AB 的中点M 在l 上,
设AB 的中点M(x 0,y 0),则x 1+x 2=2x 0,y 1+y 2=2y 0,
又∵A 、B 两点在椭圆上,∴3x 12+4y 12=12,3x ,22+4y 22=12,
两式相减得3(x 12-x 22)+4(y 12-y 22)=0,
,43)(4)(3210
021212121y x y y x x x x y y -=++-=--=-∴即y 0=3x 0/2,又y 0=2x 0+m ,解得x 0=-2m ,y 0=-3m ,
∵点M 在椭圆内,134202
0<+∴y x ,即m 2+3m 2<1,解得-1/2<m <1/2. 例5 椭圆中心在坐标原点,焦点在x 轴上,2/3=e ,过椭圆左焦点F 的直线交椭圆于P 、Q 两点,且|PQ|=20/9,OP ⊥OQ ,求此椭圆的方程。
解:设椭圆方程为x 2/a 2+y 2/b 2=1(a >b >0),左焦点F(-c,0)
当PQ ⊥x 轴时,|FP|=|FQ|=b 2/a ,由OP ⊥OQ 知|FO|=|FQ|,即c =b 2/a,
∴ac =a 2-c 2,即e 2+e -1=0,解得2
15,215--=-=e e , 这与条件2/3=e 不符,∴PQ 不垂直x 轴
设PQ :y =k(x +c),P(x 1,y 1),Q(x 2,y 2),∵2/3=e ,∴设a =2t,t c 3=,则b =t ∴椭圆方程可化为x 2+4y 2=4t 2
(t >0),将直线PQ 的方程代入椭圆方程得 041238)41(222222=-+++t t k tx k x k ,则x 1、x 2为方程的根
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧+-=+-=+∴2222212221414124138k t
t k x x k t k x x ∵OP ⊥OQ ,∴x 1x 2+y 1y 2=0,即0)3()3(2121=+⋅++t x k t x k x x 整理得:03)(3)1(22212212=++++t k x x t k x x k
03412441)412)(1(2222
422222=++-+-+∴t k k
t k k t t k k ,整理得k 2=4/11, 此时⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧=-=+942733222121t
x x t x x ∵|PQ|=20/9,9
20||1122=-+∴x x k 即1,9
20]916)27332)[(1141(22=∴=--+t t t 所以所求椭圆方程为x 2/4+y 2=1
4、归纳总结
数学思想:数形结合、函数与方程
知识点:直线与椭圆的位置关系、弦长公式、中点弦问题、对称问题
作业:
1、直线l 与椭圆方程为4x 2+9y 2=36交于A 、B 两点,并且AB 的中点M(1,1),求直线l 的
方程。
2、求焦点)25,0(F ,截直线l :y =2x -1所得弦中点的横坐标为2/7的椭圆的标准方程。
答案:4x +9y -13=0; x 2/75+y 2/25=1。