破解椭圆中最值问题的常见策略名师制作优质教学资料
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高中数学椭圆中的最值问题邓卫和函数的最值、值域问题是高二数学的一个热点问题,它常和其他数学知识结合,增加了题目的难度。
本文就椭圆中的一些最值问题作一些简单的探讨。
一、已知椭圆的方程,求线段或线段和的最值例1. 已知椭圆1y 4x 22=+上的一动点P 和一定点)0,a (A ,试求线段|PA|的最小值。
分析:如图1所示,P 为椭圆1y 4x 22=+上的点,则点P 的坐标有一定的X 围限制,因此,求线段|PA|的最小值时要对a 进行讨论。
图1解:设点P (x ,y )是椭圆1y 4x 22=+上的一点,则由两点公式可知 13a 3a 4x 43a 1ax 24x 34x a )a x (y )a x (|PA |22222222+-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=++-=-+-=+-= []2,2x -∈ 当23a 4-<,即23a -<时,x 取2-,|2a |a a 44|PA |2min +=++= 当23a 42≤≤-,即23a 23≤≤-时,x 取3a 4,3a 1|PA |2min -= 当23a 4>,即23a >时,2x =,|2a |a a 44|PA |2min -=+-= 点评:这里字母a 是常量,但是不知道它的具体值,因此要加以讨论,许多同学会忽视这一情况。
例2. 已知椭圆116y 25x 22=+的左焦点为F ,椭圆内有一个定点A (4,1),P 为椭圆上的任意一点,试求|PA ||PF |+的最大值。
分析:如图2所示,设右焦点为C ,式子|PF|+|PA|涉及到了焦半径|PF|,所以可利用椭圆的定义,将|PA ||PF |+转化为|PC ||PA |a 2-+,然后应用三角形中两边之和大于第三边这个性质求得最大值。
图2解:设椭圆的右焦点为C 则|)PC ||PA (|a 2|PA ||PC |a 2|PF ||PA |-+=+-=+ |AC ||PC ||PA |≤-(当点P 在线段AC 的延长线上时取“=”),所以|PF ||PA |+=210|AC |a 2|PA ||PC |a 2+=+≤+-。
椭圆中的常见最值问题1、椭圆上的点P 到二焦点的距离之积||||21PF PF 取得最大值的点是椭圆短轴的端点,取得最小值的点在椭圆长轴的端点。
例1、椭圆192522=+y x 上一点到它的二焦点的距离之积为m ,则m 取得的最大值时,P 点的坐标是 。
P (0,3)或(0,-3)例2、已知椭圆方程12222=+by a x (222,0c b a b a +=>>)p 为椭圆上一点,21,F F 是椭圆的二焦点,求||||21PF PF 的取值范围。
分析:22221))((||||x e a ex a ex a PF PF -=-+=,)|(|a x ≤当a x ±=时,min 21||||PF PF =222b c a =-,当0=x 时,2max 21||||a PF PF = 即≤2b ||||21PF PF 2a ≤2、椭圆上到的椭圆内一个定点的距离与它到焦点距离之差取得最大值或最小值的点是这个定点与焦点连线延长线或反向延长线与椭圆的交点,最大值、最小值分别是定点到该焦点的距离和其相反数。
例3、已知)1,1(A ,1F 、2F 是椭圆15922=+y x 的左右焦点,P 为椭圆上一动点,则||||2PF PA -的最大值是 ,此时P 点坐标为 。
||||2PF PA -的最小值是 ,此时P 点坐标为 。
3、椭圆上到椭圆内定点的距离与它到椭圆的一个焦点的距离之和取得最小值或最大值的点是另一焦点与定点连线的延长线或反向延长线与椭圆的交点。
例4、已知)1,1(A ,1F 是椭圆15922=+y x 的左焦点,P 为椭圆上一动点,则||||1PF PA +的最小值是 ,此时P 点坐标为 。
||||1PF PA +的最大值是 ,此时P 点坐标为 。
分析:||||||||||2121AF PF PF PF PA ++≤+,当P 是2AF 的延长线与椭圆的交点时取等号。
||||||||||2121AF PF PF PF PA -+≥+,当P 是2AF 的反向延长线与椭圆的交点时取等号。
破解椭圆中最值问题的常见策略
武晨
【期刊名称】《数学学习与研究:教研版》
【年(卷),期】2016(000)003
【摘要】椭圆是圆锥曲线中最重要的内容,不管是在高考还是对口单招的考生中都占有重要比重,考察内容基本都以解答题为主,是考察的一个重点同时也是一个难点.本文通过典型例题的剖析与解答,旨在探索一般的解题策略.
【总页数】2页(P97-98)
【作者】武晨
【作者单位】江苏联合职业技术学院南京分院,210019
【正文语种】中文
【中图分类】G633.6
【相关文献】
1.例析处理椭圆中的最值问题的方法与策略
2.破解函数最值问题的常见策略
3.巧用数形结合法破解二次函数在闭区间上的最值问题——高中数学教学中对解题方法和解题策略的探究
4.破解“椭圆中的范围或最值问题”
5.破解“椭圆中的范围或最值问题”
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解答椭圆中最值问题策略椭圆是圆锥曲线这一章节中的重要内容,而与椭圆有关的最值问题则是解析几何中最值问题的一个组成部分.与椭圆有关的最值问题具有综合性强、涉及知识面广等特点,是学习中的一个难点.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.一、建立目标函数,利用函数性质例1 设P(x ,y)是椭圆+=1上的一点,F 1为椭圆的左焦点,求|PF 1|的最大值和x264y228最小值.分析:由于点F 的坐标为(-6,0),因此只须设出点P 的坐标(x ,y),结合椭圆方程即可建立|PF 1|关于横坐标x 的目标函数,再结合函数的即可求解.解:椭圆的左焦点F 1坐标为(-6,0),根据两点的距离公式,得|PF 1|====|x +|,(x +6)2+y234323由已知,得x ∈[-8,8],函数|x +|在[-8,8]上为增函数,34323故|PF 1|max =|8+|=14,|PF 1|min =|-8+|=2.3432334323点拨:函数法是探求最值问题的常用方法,尤其是二次函数,值得注意的是函数自变量取值范围的确定不容忽视.同时通过本题的解答,可得结论:椭圆上的点到焦点的距离取得最大值和最小值的点就是椭圆的两个端点.二、利用定义转化,结合平面几何性质例2 已知A (4,0)、B (2,2),M 是椭圆9x 2+25y 2=225上的动点,求|MA |+|MB |的最大与最小值.分析:由于A(4,0)是椭圆的焦点,因此可以利用椭圆的定义对|MA |+|MB |转化,转化为求解椭圆上一动点到定直线上两定点的距离之差的最值问题.解析:如图所示,由题意,知点A (4,0)恰为椭圆右焦点,则A 关于O 的对称点A 1(-4,0)(左焦点),由椭圆的第一定义,得|MA |+|MA 1|=2a ,|MA |=2a -|MA 1|,∴|MA |+|MB |=(2a -|MA 1|)+|MB |=2a +(|MB -|MA 1|),在△A 1BM 中,||MB |-|MA 1||≤|A 1B |=2,-2≤|MB |-|MA 1|≤2,101010又2a =10.故|MA |+|MB |的最大值是10+2,最小值为10-2.1010点评:(1)涉及椭圆的焦点问题,一般都可以利用定义引导思维,同时常起着转化的作用;(2)注重使用平面几何知识“三角形中的三边关系”,三点共线为特例,从而确定最值.三、巧妙设角,利用三角函数有界性例3 已知椭圆C :+=1(a >b >0)两个焦点为F 1,F 2,如果曲线C 上存在一点x2a2y2b2Q ,使F 1Q ⊥F 2Q ,求椭圆离心率的最小值。
破解椭圆中最值问题的常见策略有关圆锥曲线的最值问题,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,在平时的高考复习需有所重视。
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。
第一类:求离心率的最值问题破解策略之一:建立c b a ,,的不等式或方程例1:若B A ,为椭圆)0(12222>>=+b a by a x 的长轴两端点,Q 为椭圆上一点,使0120=∠AQB ,求此椭圆离心率的最小值。
分析:建立c b a ,,之间的关系是解决离心率最值问题常规思路。
此题也就要将角转化为边的思想,但条件又不是与焦点有关,很难使用椭圆的定义。
故考虑使用到角公式转化为坐标形式运用椭圆中y x ,的取值进行求解离心率的最值。
解:不妨设),(),0,(),0,(y x Q a B a A -,则ax yk a x y k BQ AQ -=+=,, 利用到角公式及0120=∠AQB 得:0120tan 1=-++--+ax y a x y a x ya x y (a x ±≠),又点A 在椭圆上,故22222y b a a x -=-,消去x , 化简得2232c ab y =又b y ≤即b c ab ≤2232 则42223)(4c c a a ≤-,从而转化为关于e 的高次不等式 044324≥-+e e 解得136<≤e 。
故椭圆离心率的最小值为36。
(或2222)ab a b ≤=-,得:0b a <≤,由e =,故136<≤e )(注:本题若是选择或填空可利用数形结合求最值) 点评:对于此类最值问题关键是如何建立c b a ,,之间的关系。
椭圆中的最值问题与定点、定值问题解决与椭圆有关的最值问题的常用方法 (1)利用定义转化为几何问题处理;(2)利用数形结合,挖掘数学表达式的几何特征进而求解;利用函数最值得探求方法,将其转化为区间上的二次 函数的最值来处理,此时应注意椭圆中x 、y 的取值范围;精品财会,给生活赋能 (3)(4)利用三角替代(换元法)转化为 三角函数的最值问题处理。
一 、椭圆上一动点与焦点的距离的最值问题 椭圆上一动点与焦点的距离称为焦半径,椭圆上一动点与长轴的两端点重合时,动点与焦点取得最大值a+c (远日点)、最小值a-c (近日点)。
推导:设点),(00y x P 为椭圆)0( 12222>>=+b a by a x 上的任意一点,左焦点为)0,(1c F -,2201)(||y c x PF ++=,由 1220220=+b y a x 得)1(22020ax b y -=,将其代入20201)(||y c x PF ++=并化简得a x acPF +=01||。
所以,当点),(00y x P 为长轴的右端点)0,(2a A 重合时,a c a a acPF +=+⋅=max 1||;当点),(00y x P 为长轴的左端点)0,(1a A -重合时。
c a a a acPF -=+-⋅=)(||min 1。
当焦点为右焦点)0,(2c F 时,可类似推出。
1. (2015浙江卷)如图,已知椭圆 1222=+y x不同的点A 、B 关于直线21+=mx y 对称。
(1)求实数m 的取值范围;(2)求AOB ∆面积的最大值(O 为坐标原点)。
解:(1)由题意知0≠m ,可设直线AB 的方程为y =联立⎪⎩⎪⎨⎧+-==+bx m y y x 11222,消y 去,得012)121(222=-+-+b x m bx m 。
因为直线b x m y +-=1与椭圆1222=+y x 有两个不同的交点, 所以042222>++-=∆m b 。
解决与椭圆有关的最值问题除可利用椭圆的参数方程外,以下几种方法也是常用的.[例5]已知x ,y ∈R ,且x ,y 满足方程x 2+4y 2=1,试求f (x ,y )=3x +4y 的最大值、最小值.分析:将所求f (x ,y )=3x +4y 经过令z =f (x ,y )变形为y =443z x +-,而4z 是直线在y 轴上的截距,再根据A (x ,y )是x 2+4y 2=1上的点,故可采用判别式法去解决. 解:⎪⎩⎪⎨⎧=++-=1444322y x z x y ①代入②中,得13x 2-6zx +z 2-4=0∴Δ=36z 2-4×13(z 2-4)≥0∴-13≤z ≤13∴3x +4y 的最大值为13,最小值为-13.注意:直线-3x ±13=4y 是椭圆的斜率为-43的两条切线. [例6]已知椭圆x 2+2y 2=98及点P (0,5),求点P 到椭圆距离的最大值与最小值.分析:以(0,5)为圆心,内切于椭圆的圆半径为r 1,即点P 到椭圆的最小值,以(0,5)为圆心外切于椭圆的圆的半径为r 2,即点P 到椭圆的最大值.解:∵02+2×52<98∴点(0,5)在椭圆内部设以(0,5)为圆心和椭圆相切圆的方程为:x 2+(y -5)2=r 2 ①将椭圆方程x 2+2y 2=98代入①中,得r 2=-(y +5)2+148(-7≤y ≤7)∴当y =-5时,r max 2=148即:r max =237当y =7时,r min 2=4,即r min =2注意:本题的解法称为辅助圆法. [例7]求定点A (a ,0)到椭圆1222=+y x 上的点之间的最短距离. 解:设B (x ,y )为椭圆上任意一点.∴|AB |2=(x -a )2+y 2=(x -a )2+1-22x ∴|AB |2=21(x -2a )2+1-a 2 ∵x ∈[-2,2]① ②若|a |≤22,则x =2a 时, |AB |min =21a若a >22,则x =2时, |AB |min =|a -2|若a <-22,则x =-2时, |AB |min =|a +2|注意:本题解法是函数法.。
课题:椭圆中的最值问题编制人: 审核人:一、使用说明:1、课前完成预习学案,牢记基础知识,掌握基本题型;2、认真限时完成,规范书写;课上小组合作探讨,答疑解惑。
二、学习目的:1、巩固椭圆的相关知识2、会将椭圆的知识与其它知识整合,如活用定义、性质等3、训练计算能力和计算技巧,合理选择计算途径和计算方法三、课前热身1、已知P 是椭圆22221(0)x y a b a b+=>>上的任意一点,F 为椭圆的一个焦点,则|PF|的最大值为_________,最小值为________.2、若椭圆C :1122=++y m x (m >0)的一条准线方程为2-=x ,定点A (21,0)与椭圆上动点P 距离的最小值为 。
3、已知椭圆221259x y +=,A (4,0),B (2,2)是椭圆内的两点,P 是椭圆上任一点,(1)5||||4PA PB +的最小值为_________;(2)|PA|+|PB|的最小值为__________,最大值为____________。
4、已知椭圆2214x y +=,F 1,F 2为其两焦点,P 为椭圆上任一点,则(1)12||||PF PF ⋅的最大值为_______;(2)2212||||PF PF +的最小值为_______四、典例剖析例1、已知实数,x y 满足2241x y +=,求34x y +的最值。
例2、设椭圆的中心在原点,长轴在x轴上,离心率为e =P (0,32)到这个椭圆上的点的最远P例3、已知椭圆E :12222=+by a x )0(>>b a ,其左、右焦点为)0,(),0,(21c F c F - )0(>c .(Ⅰ)若)0,2(2F 关于直线125516y x =+的对称点在椭圆E 上,求该椭圆E 的方程; (Ⅱ)若椭圆E 的内接平行四边形的一组对边分别经过它的两个焦点,求这个平行四边形面积的最大值.五、巩固提高1、已知椭圆E :2212516x y +=,P (,)x y 是其上任意一点,求22x y +的最值;2、如图,已知A 是椭圆221169x y +=长轴上的一个顶点,B 是其短轴上的一个顶点, C 、D 是椭圆上两点,且分别在AB 两侧,则四边形ACBD 面积的最大值是_______3、一直线与椭圆相交于A 、B 两点,M 为AB 的中点,O 为坐标原点,若|OM|=1,求|AB|的最大值。
破解椭圆中最值问题的常见策略
第一类:求离心率的最值问题 破解策略之一:建立c b a ,,的不等式或方程
例1:若B A ,为椭圆)0(12
2
22>>=+b a b
y a x 的长轴两端点,Q 为椭圆上一点,使0120=∠AQB ,求此椭圆
离心率的最小值。
分析:建立c b a ,,之间的关系是解决离心率最值问题常规思路。
此题也就要将角转化为边的思想,但条件又不是与焦点有关,很难使用椭圆的定义。
故考虑使用到角公式转化为坐标形式运用椭圆中y x ,的取值进行求解离心率的最值。
解:不妨设),(),0,(),0,(y x Q a B a A -,则a
x y
k a x y k BQ AQ -=+=
,,利用到角公式及0120=∠AQB 得:0120tan 1=-++
--+a
x a x a x y
a x y (a x ±≠),又点A 在椭圆上,故22222y
b a a x -=-,消去x , 化简得2232
c ab y =又b y ≤即b c ab ≤2
2
32则42223)(4c c a a ≤-,从而转化为关于e 的高次不等式 04432
4≥-+e e 解得136<≤e 。
故椭圆离
心率的最小值为3
6。
(或2222)ab a b -,得:0b
a
<≤
,由e =,故136
<≤e )(注:本题若是选择或填空可利用数形结合求最值)
点评:对于此类最值问题关键是如何建立c b a ,,之间的关系。
常用椭圆上的点),(y x 表示成c b a ,,,并利用椭圆中y x ,的取值来求解范围问题或用数形结合进行求解。
破解策略之二:利用三角函数的有界性求范围
例2:已知椭圆C :22
221(0)x y a b a b
+=>>两个焦点为12,F F ,如果曲线C 上存在一点Q ,使1
2FQ F Q ⊥,求椭圆离心率的最小值。
分析:根据条件可采用多种方法求解,如例1中所提的方法均可。
本题如借用三角函数的有界性求解,也会有不错的
效果。
解:根据三角形的正弦定理及合分比定理可得:
ααβαβαcos sin 2cos sin sin sin 90
sin 221210
+=++===a
PF PF PF PF c 故22
)
45sin(210
≥+=
αe ,故椭圆离心率的最小值为22。
点评:对于此法求最值问题关键是掌握边角的关系,并利用三角函数的有界性解题,真是柳暗花明又一村。
第二类:求点点(点线)的最值问题
破解策略之三:建立相关函数并求函数的最值(下面第三类、第四类最值也常用此法)
例3:(05年上海)点A 、B 分别是椭圆
120
362
2=+y x 长轴的左、右端点,点F 是椭圆的右焦点,点P 在椭圆上,且
位于x 轴上方,PF PA ⊥。
(1)求点P 的坐标;(2)设M 是椭圆长轴AB 上的一点,M 到直线AP 的距离等于||MB ,求椭圆上的点到点M 的距离d 的最小值。
分析:解决两点距离的最值问题是给它们建立一种函数关系,因此本题两点距离可转化成二次函数的最值问题进行求解。
解:(1)略(2)直线AP 的方程是x -3y +6=0。
设点M(m ,0),则M 到直线AP 的距离是
2
6+m 。
于是
2
6+m =6+m ,又-6≤m ≤6,解得m =2。
设椭圆上的点(x ,y )到点M 的距离d
222222549(2)4420()15992d x y x x x x =-+=-++-=-+,由于-6≤m ≤6, ∴当x =2
9
时,d 取得最小值15
点评:对于此类最值问题关键是如何将点点之间的最值问题转化成我们常见函数——二次函数的最值问题求解。
破解策略之四:利用椭圆定义合理转化
例4:定长为d d b a ≥⎛⎝
⎫⎭⎪22
的线段AB 的两个端点分别在椭圆
)0(12
2
22>>=+b a b
y a x 上移动,求AB 的中点M 到椭圆右准线l 的最短距离。
解:设F 为椭圆的右焦点,如图作A A l '⊥于A',BB'⊥l 于B',MM'⊥l 于M',则
()e
d
e AB BF AF e e BF e AF BB AA MM 2221212
||///=≥+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=
+=
当且仅当AB 过焦点F 时等号成立。
故M 到椭圆右准线的最短距离为
d
e
2。
点评:22b a 是椭圆的通径长,是椭圆焦点弦长的最小值,d b a
≥22
是AB 过焦点的充要条件。
通过定义转化避免各种
烦琐的运算过程。
第五类:求线段之和(或积)的最值问题
破解策略之五:利用垂线段小于等于折线段之和。
例7:若椭圆
13
4
22=+
y x 内有一点()1,1P ,F 为右焦点,椭圆上的点M 使得||2||MF MP +的值最小,则点M 的
坐标为 A
.(3
±
B
.(
3
C .3(1,)2±
D .3
(1,)2
提示:联系到1
2
e =
将||2MF 用第一定义转化成点到相应准线的距离问题,利用垂线段最短的思想容易得到正确答案。
选B 。
思考:将题中的2去掉会怎样呢?
破解策略之六:利用三角形两边之和大于第三边或三角形两边之差小于第三边
例8:如图,在直线09:=+-y x l 上任意取一点M ,经过M 点且以椭圆
13
122
2=+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。
基本的解题思路如下:长轴最短→三点一直线寻求对称→对称变换。
在一系列的变化过程中巧妙的运用对称,使我们找到一种简明的解题方法。
通过此对称性主要利用
||||||/1221F F NF NF ≥+解:椭圆的两焦点分别为1F (-3,0)、2F (3,0
作1F 关于直线l 的对称点'1
F ,则直线'
11F
F 的方程为
3-=+y x
由方程组⎩
⎨⎧-=--=+93
y x y x 得P 的坐标(-6,3),
由中点坐标公式得的'1F 坐标(-9,6),所以直线'
12F F 的方程32=+y x 。
解方程组⎩⎨
⎧-=-=+9
32y x y x 得M 点坐标(-5,4)。
由于5621802'
1===a F F ,
点评:对于此类最值问题是将所求的最值转化成三角形两边之和大于第三边或两点连线最短、垂线段最短的思想。
解析几何与向量综合时可能出现的向量内容:
(1) 给出直线的方向向量()k u ,1= 或()n m u ,=
; (2)给出+与AB 相交,等于已知+过AB 的中点;
(3)给出0
=+,等于已知P 是MN 的中点;
(4)给出()
+=+λ,等于已知,A B 与PQ 的中点三点共线;
(5) 给出以下情形之一:①//;②存在实数,AB AC λλ=使;③若存在实数
,,1,OC OA OB αβαβαβ+==+且使,等于已知C B A ,,三点共线.
(6) 给出λ
λ++=
1OB
OA ,等于已知P 是的定比分点,λ为定比,即λ=
(7) 给出0=⋅MB MA ,等于已知MB MA ⊥,即AMB ∠是直角,给出0<=⋅m MB MA ,等于已知AMB ∠是钝角, 给出0>=⋅m ,等于已知AMB ∠是锐角,
(8)
给出=⎪
⎫ ⎛+λ,等于已知MP 是AMB ∠的平分线/
(9)在平行四边形ABCD 中,给出0)()(=-⋅+,等于已知ABCD 是菱形; (10) 在平行四边形ABCD 中,给出||||AB AD AB AD +=-,等于已知ABCD 是矩形;
(11)在ABC ∆中,给出2
2
2
==,等于已知O 是ABC ∆的外心(三角形外接圆的圆心,三角形的外心是三角形三边垂直平分线的交点);
(12) 在ABC ∆中,给出0=++OC OB OA ,等于已知O 是ABC ∆的重心(三角形的重心是三角形三条中线的交点);
(13)在ABC ∆中,给出OA OC OC OB OB OA ⋅=⋅=⋅,等于已知O 是ABC ∆的垂心(三角形的垂心是三角形三
条高的交点);
(14)在ABC ∆中,给出+=(
)||||
AB AC
AB AC λ+)(+∈R λ等于已知AP 通过ABC ∆的内心; (15)在ABC ∆中,给出0=⋅+⋅+⋅c b a 等于已知O 是ABC ∆的内心(三角形内切圆的圆心,三角形的内心是三角形三条角平分线的交点);
(16) 在ABC ∆中,给出()
1
2
AD AB AC =+,等于已知AD 是ABC ∆中BC 边的中线;。