第三讲3.2平面与圆柱面的截线
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《平面与圆柱面的截线》平面与圆柱面的截线是本章重要内容, 对于学生的空间想象能力提出要求, 巧妙地利用 dan del in 双球证明定理的方法是学生应具备的能力、知识,本节内容对下一节平面与圆锥面的截线具有重要意义。
【知识与能力目标】1, 通过观察平面截圆柱面的情境,体会定理2, 利用dandelin 双球证明定理3, 通过探究,得出椭圆的准线和离心率【过程与方法目标】3、培养学生化归的思想、运动联系的观点。
【情感态度价值观目标】4、感受数学与生活的联系,获得积极的情感体验。
定理的证明、椭圆的准线和离心率的探究【教学难点】椭圆的准线和离心率的探究♦课前准备———多媒体课件、复习回顾♦教学重难点I . ---------------【教学重点】问题:圆柱的斜截面是什么形状?学生:椭圆二、知识探究AB CD是两个等圆的直径AB//CD,AD、BC与两圆相切。
作两圆的公切线EF,切点分别为F1、F2交BA DC的延长线与E、F,交AD于G1,交BC于G2。
设EF与BC CD的交角分别为与、问题1: G2F1 + G 2F2与AD有怎样的等式?学生:G2F1=G2B,G2F2=G2CG2F1+G2F2=G2B+G2C=BC=AD学生:又••• GG= G1F2+ F2GG1F2= G1D,F2G2=G2CG i G2= G1D+GC连接F1O1,F2O2, 容易证明△EF i O^A FF2Q••• EO=FQ问题2: AD的长与GG的长有怎样等式?问题3: G2F1的长与GE的长有怎样等式?(2)G1G2=AD(2)G1G2=AD将左图中的两个圆拓广为球面,将矩形ABCD看成是圆柱面的轴截面,将EB DF拓广为两个平面,EF拓广为平面得到右图你能猜想这个椭圆的两个焦点的位置吗?两个焦点为两个球与斜截面的切点上,过球心QQ2分别作斜截面的垂线,其垂足FiR 就可能是焦点。
问题:对截口上任一点P,证明PF i+PF>=定值学生:当P不在端点时,连接PF i、PF2,则PF1PF2分别是两个球面的切线,切点为F1F2, 过P作母线,与两球面分别相交于KK2,则PK,PK2分别是两球面的切线,切点为KK2, PF1=PK1PF2=PK2PF i+PF2=PK+PK=AD问题:对截口上任一点P,证明PF i+P氐定值圆柱面的斜截口是椭圆问题:点P在椭圆的任意位置PQL l,PK i丄AB能够得出什么结论?三、例题剖析例1、如图,AB CD是两个半径为2的等圆的直径,AB// CD AD BC与两圆相切,作两圆公切线EF,切点为F i, F2,交BA DC的延长线于E, F两点,交AD于G,交BC 于G,设EF与BC, CD的交角分别为, 0 .当B = 30 ° 时,贝V © = ___________学生:当0 = 30° 时,© = 90 ° - 30°= 60° .连接QG,在Rt△ QGC中,由已知及Q, F2, G, C四点共圆可求得/ GQC= 30° 例2、一平面与圆柱面的母线成45°角,平面与圆柱面的截线椭圆的长轴为6,则圆柱面的半径为_____________ .学生:四、当堂检测1、已知圆柱面的半径为r = 6,截割平面B与母线所成的角为60求此截割面的两个焦球球心距离,并指出截线椭圆的长轴、短轴和离心率 e.2、已知一圆柱面的半径为3,圆柱面的一截面的两焦点球的球心距为12,求截面截圆柱所得的椭圆的长轴长、短轴长、两焦点间的距离和截面与母线所夹的角五、课堂检测通过本节课学习,请同学们说说掌握了哪些知识?略。
第三讲圆锥曲线性质的探讨
3.2 平面与圆柱面的截线
A级基础巩固
一、选择题
1.下列说法不正确的是( )
A.圆柱面的母线与轴线平行
B.圆柱面的某一斜截面的轴面总是垂直于直截面C.圆柱面与斜截面截得的椭圆的离心率与圆柱面半径无关,只与母线和
斜线面的夹角有关D.平面截圆柱面的截线椭圆中,短轴长即为圆柱面的半径
答案:D
2.若平面α与球O相切,切点为M,则( )
A.经过M点的直线都与球O相切
B.不经过M点的直线都与球O相离
C.平面α内不经过M点的直线有可能与球O相切
D.平面α内经过M点的直线都与球O相切
解析:平面α与球O内切于M点,则平面α内经过M点的直线都与球O相
切,平面α内不经过M点的直线都与球O相离.
答案:D 3.已知平面α与一圆柱的母线成60°角,那么该平面与圆柱截口图形的离
心率是( )
A.
3
2B.1C.
2
2D.
1
2
解析:因为平面与圆柱截口图形为椭圆,
所以其离心率e=cos 60°=1 2.
答案:D
4.用与底面成30°角的平面截圆柱得一椭圆截线,则该椭圆的离心率为(
)
A.12
B.33
C.3
2
D .非上述结论
答案:A
5.已知半径为2的圆柱面,一平面与圆柱面的轴线成45°角,则截得椭圆
的焦距为( )
A .22
B .2
C .4
D .42
解析:由题意得椭圆长半轴a =2
sin 45°
=22,
离心率c a =cos 45°=2
2
,
则半焦距c =2
2
a =2,故焦距2c =4.
答案:C
二、填空题
6.一平面与半径为3的圆柱面截得椭圆,若椭圆的两焦球球心的距离为10
,截面与圆柱面母线的夹角为θ,则cos θ=________.
答案:
4
5
7.椭圆x29+y24+k =1的离心率为4
5
,则k 的值为________.
解析:若a 2=9,b 2=4+k ,则c =5-k ,
由c a =4
5,即5-k 3=45
,
解得k =-1925
;
若a 2=4+k ,b 2=9,则c =k -5, 由c a =4
5,即k -54+k =45
,解得k =21.
答案:-
19
25
或21 8.已知椭圆两准线间的距离为8,离心率为1
2
,则Dandelin 双球的半径是_
_______.
解析:由题意知⎩⎪⎨⎪⎧a2c =4,c a =12
,解得⎩⎪⎨
⎪⎧a =2,
c =1,
所以b =a2-c2=3. 所以Dandelin 球的半径为3.
答案:3 三、解答题
9.已知一个平面垂直于圆柱的轴,截圆柱所得为半径为2的圆,另一平面
与圆柱的轴成30°角,求截线的长轴长,短轴长和离心率.
解:由题意可知,椭圆的短轴长2b =2×2,
所以短轴长为4. 设长轴长为2a , 则有
2b 2a =sin 30°=1
2
. 所以2a =4b =8,c =a2-b2=23.
所以e =c a =234=3
2
.
所以长轴长为8,短轴长为4,离心率为
3
2
.
10.一动圆与已知圆O 1:(x +3)2+y 2=1外切,与圆O 2:(x -3)2+y 2=81内
切,试求动圆圆心的轨迹方程.
解:设动圆圆心为M (x ,y ),半径为R ,
则有:|MO 1|=1+R ,|MO 2|=9-R ,
所以|MO 1|+|MO 2|=10,
由椭圆的定义知:M 在以O 1、O 2为焦点的椭圆上,
且a =5,c =3,b 2=a 2-c 2=25-9=16,
故动圆圆心的轨迹方程为x225+y2
16
=1.
B 级 能力提升
1.设平面π与圆柱的轴的夹角为β(0°<β<90°),现放入Dandelin 双球使之与圆柱面和平面π都相切,若已知Dandelin 双球与平面π的两切点的距离恰好等于
圆柱的底面直径,则截线椭圆的离心率为( )
A.12
B.2
2
C.33
D.32
解析:Dandelin 双球与平面π的切点恰好是椭圆的焦点,圆柱的底面直径恰
好等于椭圆的短轴长.
因为由题意可知2b =2c , 所以e =c a =c b2+c2
=c 2c =2
2.
答案:B
2.已知圆柱底面半径为b ,平面π与圆柱母线夹角为30°,在圆柱与平面交线上有一点P 到一准线l 1的距离是
3
b ,则点P 到另一准线l 2对应的焦点F 2的距离是________.
解析:由题意知,椭圆短轴长为2b ,
长轴长2a =
2b
sin 30°
=4b , 所以c =4b2-b2=3b .
所以e =3b 2b =32或e =cos 30°=3
2.
设P 到F 1的距离为d ,则
d 3b =3
2
,
所以d =3
2
b .
又PF 1+PF 2=2a =4b ,
所以PF 2=4b -PF 1=4b -32b =5
2
b .
答案:52
b
3.设F 1,F 2分别是椭圆:
x2a2
+
y2b2
=1(a >b >0)的左、右焦点,过F 1倾斜角为45°的直线l 与该椭圆相交于P ,Q 两点
,且|PQ |=4
3
a .
(1)求该椭圆的离心率;
(2)设点M (0,-1)满足|MP |=|MQ |,求该椭圆的方程.
解:(1)直线PQ 斜率为1,设直线l 的方程为y =x +c ,其中c =a2-b2,
设P (x 1,y 1),Q (x 2,y 2),则P 、Q 两点坐标满足方程组⎩⎨⎧y =x +c ,
x2a2+y2
b2=1,
化简得(a 2+b 2)x 2+2a 2cx +a 2(c 2-b 2)=0,
则x 1+x 2=-2a2c a2+b2,x 1x 2=a2(c2-b2)
a2+b2
.
所以|PQ |=2|x 2-x 1|=
2[(x1+x2)2-4x1x2]=43
a ,
化简,得43a =4ab2
a2+b2
,故a 2=2b 2,
所以椭圆的离心率 e =c a =a2-b2a =2
2
.
(2)设PQ 的中点为N (x 0,y 0),
由(1)知x0=x1+x2
2=
-a2c
a2+b2
=-
2
3c,
y0=x0+c=
c
3.
由|MP|=|MQ|,得k MN=-1,
即y0+1
x0=-1,得c=3,
从而a=32,b=3.
故椭圆的方程为x2
18+
y2
9=1.。