高中数学 第2章 圆锥曲线与方程 2.5 圆锥曲线的统一定义 曲线和方程的两性问题素材 苏教版选修2-1

2.5 圆锥曲线的统一定义[学习目标] 1.了解圆锥曲线的统一定义.2.能用坐标法解决一些与圆锥曲线有关的简单几何问题和实际问题．知识点一 圆锥曲线的统一定义平面内到一个定点F 和到一条定直线l (F 不在l 上)的距离的比等于常数e 的点的轨迹． 0<e <1时，它表示椭圆；e >1时，它表示双曲线；e ＝1时，它表示抛物线．知识点二 准线方程对于椭圆x 2a 2＋y 2b 2＝1 (a >b >0)和双曲线x 2a 2－y 2b 2＝1(a >0，b >0)中，与F (c,0)对应的准线方程是l ：x ＝a 2c ，与F ′(－c ，0)对应的准线方程是l ′：x ＝－a 2c ；如果焦点在y 轴上，则两条准线方程为y ＝±a 2c.思考1．椭圆上一点到准线距离与它到对应焦点距离之比等于多少？ 答案 1e.2．动点M 到一个定点F 的距离与到一条定直线l 的距离之比为定值的轨迹一定是圆锥曲线吗？答案 当F ∉l 时，动点M 轨迹是圆锥曲线．当F ∈l 时，动点M 轨迹是过F 且与l 垂直的直线．题型一 统一定义的简单应用例1 椭圆x 225＋y 29＝1上有一点P ，它到左准线的距离等于2.5，那么，P 到右焦点的距离为________．答案 8解析 如图所示，PF 1＋PF 2＝2a ＝10，e ＝c a ＝45，而PF 12.5＝e ＝45，∴PF 1＝2， ∴PF 2＝10－PF 1＝10－2＝8.反思与感悟 椭圆的两个定义从不同角度反映了椭圆的特征，解题时要灵活运用． 一般地，如果遇到有动点到两定点距离和的问题，应自然联想到椭圆的定义；如果遇到有动点到一定点及一定直线距离的问题，应自然联想到统一定义；若两者都涉及，则要综合运用两个定义才行．跟踪训练1 已知椭圆x 24b 2＋y 2b2＝1上一点P 到右焦点F 2的距离为b (b >1)，求P 到左准线的距离．解 方法一 由x 24b 2＋y 2b 2＝1，得a ＝2b ，c ＝3b ，e ＝32.由椭圆第一定义，PF 1＋PF 2＝2a ＝4b ，得PF 1＝4b －PF 2＝4b －b ＝3b .由椭圆第二定义，PF 1d 1＝e ，d 1为P 到左准线的距离， ∴d 1＝PF 1e＝23b ，即P 到左准线的距离为23b . 方法二 ∵PF 2d 2＝e ，d 2为P 到右准线的距离． e ＝c a ＝32，∴d 2＝PF 2e ＝233b . 又椭圆的两准线的距离为2·a 2c ＝833b ，∴P 到左准线的距离为833b －233b ＝23b .题型二 应用统一定义转化求最值例2 已知椭圆x 28＋y 26＝1内有一点P (1，－1)，F 是椭圆的右焦点，在椭圆上求一点M ，使MP ＋2MF 之值为最小． 解 设d 为M 到右准线的距离．∵e ＝c a ＝12，MF d ＝12，∴MF12＝d ，即d ＝2MF (如图)． 故MP ＋2MF ＝MP ＋d ≥PM ′.显然，当P 、M 、M ′三点共线时，所求的值为最小，从而求得点M 的坐标为(2315，－1)．反思与感悟 本例中，利用统一定义，将椭圆上点M 到焦点F 的距离转化为到准线的距离，再利用图形，形象直观，使问题得到简捷的解决．跟踪训练2 已知双曲线x 29－y 216＝1的右焦点为F ，点A (9,2)，试在双曲线上求一点M ，使MA ＋35MF 的值最小，并求这个最小值．解 过M 作MN 垂直于双曲线的右准线l 于N ，由第二定义可知MN ＝MFe(如图)． 又a ＝3，b ＝4，c ＝5，e ＝53，∴MN ＝35MF ，∴MA ＋35MF ＝MA ＋MN ，显然当M 、N 、A 三点共线时MA ＋MN ＝AN 为最小，即MA ＋35MF 取得最小值，此时AN ＝9－a 2c ＝9－95＝365， ∴MA ＋35MF 的最小值为365，此时点M (352，2)．题型三 圆锥曲线统一定义的综合应用例3 已知A 、B 是椭圆x 2a 2＋y 2925a2＝1上的点，F 2是右焦点，且AF 2＋BF 2＝85a ，AB 的中点N 到左准线的距离等于32，求此椭圆方程．解 设F 1为左焦点，则根据椭圆定义有：AF 1＋BF 1＝2a －AF 2＋2a －BF 2＝4a －(AF 2＋BF 2)＝4a －85a ＝125a . 再设A 、B 、N 三点到左准线距离分别为d 1，d 2，d 3，由梯形中位线定理有d 1＋d 2＝2d 3＝3，而已知b 2＝925a 2，∴c 2＝1625a 2，∴离心率e ＝45，由统一定义AF 1＝ed 1，BF 1＝ed 2， ∴AF 1＋BF 1＝e (d 1＋d 2)＝125，又AF 1＋BF 1＝125a ，∴a ＝1，∴椭圆方程为x 2＋y 2925＝1.反思与感悟 在圆锥曲线有关问题中，充分利用圆锥曲线的共同特征，将曲线上的点到准线的距离与到焦点的距离相互转化是一种常用方法．跟踪训练3 设P (x 0，y 0)是椭圆x 2a 2＋y 2b2＝1(a >b >0)上任意一点，F 1为其左焦点．(1)求PF 1的最小值和最大值；(2)在椭圆x 225＋y 25＝1上求一点P ，使这点与椭圆两焦点的连线互相垂直．解 (1)对应于F 1的准线方程为x ＝－a 2c，根据统一定义：PF 1x 0＋a 2c＝e ， ∴PF 1＝a ＋ex 0.又－a ≤x 0≤a ，∴当x 0＝－a 时，(PF 1)min ＝a ＋ca×(－a )＝a －c ； 当x 0＝a 时，(PF 1)max ＝a ＋c a·a ＝a ＋c . (2)∵a 2＝25，b 2＝5，∴c 2＝20，e 2＝45.∵PF 21＋PF 22＝F 1F 22，∴(a ＋ex 0)2＋(a －ex 0)2＝4c 2. 将数据代入得25＋45x 20＝40.∴x 0＝±532.代入椭圆方程得P 点的坐标为⎝⎛⎭⎪⎫532，52，⎝ ⎛⎭⎪⎫532，－52，⎝ ⎛⎭⎪⎫－532，52，⎝ ⎛⎭⎪⎫－532，－52.1．已知方程(1＋k )x 2－(1－k )y 2＝1表示焦点在x 轴上的双曲线，则k 的取值范围为________． 答案 －1<k <1解析 由题意得⎩⎪⎨⎪⎧1＋k >0，1－k >0，解得⎩⎪⎨⎪⎧k >－1，k <1，即－1<k <1.2．已知点F 1，F 2分别是椭圆x 2＋2y 2＝2的左，右焦点，点P 是该椭圆上的一个动点，那么|PF →1＋PF →2|的最小值是________． 答案 2解析 设P (x 0，y 0)，则PF →1＝(－1－x 0，－y 0)，PF →2＝(1－x 0，－y 0)，∴PF →1＋PF →2＝(－2x 0，－2y 0)，∴|PF →1＋PF →2|＝4x 20＋4y 20＝2 2－2y 20＋y 20＝2 －y 20＋2. ∵点P 在椭圆上，∴0≤y 20≤1，∴当y 20＝1时，|PF →1＋PF →2|取最小值为2.3．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________． 答案 (0，22) 解析 ∵MF 1→·MF 2→＝0，∴M 点轨迹方程为x 2＋y 2＝c 2，其中F 1F 2为直径， 由题意知椭圆上的点在圆x 2＋y 2＝c 2外部， 设点P 为椭圆上任意一点，则OP >c 恒成立， 由椭圆性质知OP ≥b ，其中b 为椭圆短半轴长， ∴b >c ，∴c 2<b 2＝a 2－c 2，∴a 2>2c 2，∴(c a )2<12，∴e ＝c a <22. 又∵0<e <1，∴0<e <22. 4．已知椭圆x 2a 2＋y 2b 2＝1(a ＞b ＞0)与双曲线x 2m 2－y 2n2＝1(m ＞0，n ＞0)，有相同的焦点(－c,0)和(c,0)，若c 是a 、m 的等比中项，n 2是2m 2与c 2的等差中项，则椭圆的离心率是________． 答案 12解析 由题意，得⎩⎪⎨⎪⎧a 2－b 2＝c 2， ①m 2＋n 2＝c 2， ②c 2＝am ， ③2n 2＝2m 2＋c 2， ④由②④可得m 2＋n 2＝2n 2－2m 2， 即n 2＝3m 2，⑤⑤代入②得4m 2＝c 2⇒c ＝2m ，⑥⑥代入③得4m 2＝am ⇒a ＝4m .所以椭圆的离心率e ＝c a ＝12.5．已知抛物线y 2＝4x 上一点M 到焦点的距离为5，则点M 到y 轴的距离为________． 答案 4解析 由抛物线定义知点M 到准线x ＝－1的距离为5， 所以点M 到y 轴的距离为4.1.三种圆锥曲线的共同特征是曲线上的点到定点的距离与它到定直线距离的比是常数．2．利用圆锥曲线的统一定义可实现曲线上的点到焦点的距离与到准线距离的相互转化．。

2.5 例谈点的轨迹方程的“完备性和纯粹性”的处理方法求满足条件的动点的轨迹方程，是解析几何的常见问题，大部分同学很容易忽视求出的方程要满足完备性和纯粹性，在这实际解题中也不太会讨论，下面给出了求出点的轨迹方程后去检验“完备性和纯粹性”的几种常见情况。

一、利用三角形的顶点不共线。

例1、已知点A （－a ，0），B （a ，0），若△MAB 是以点M 为直角顶点的直角三角形，求顶点M 的轨迹方程。

解：设M （x ，y ），依题意得|MA|2＋|MB|2＝|AB|2∴ （22)(y a x ++）2＋（22)(y a x +-）2＝（2a ）2化简得 x 2＋y 2＝a 2∵ △MAB 的顶点M 、A 、B 不共线 ∴ M 不能在x 轴上 ∴ x≠0 故点M 的轨迹方程为 x 2＋y 2＝a 2（x≠0）二、利用直线的斜率必须存在。

例2、已知点A （－1,0），B （1,0），动点P 使直线PA 和PB 的斜率之积为－2，求动点P 的轨迹方程。

解：设P （x ，y ） 则 k P A ＝10+-x y ＝1+x y k P B ＝10--x y ＝∴1+x y•1-x y ＝－2 化简得 2x 2＋y 2＝2 ∵ 直线PA 和PB 的斜率存在 ∴ x≠±1 故点P 的轨迹方程为 2x 2＋y 2＝2 （x≠±1）三、利用点所在的区域范围。

例3、已知点A 、B 分别在x 、y 轴的正半轴上运动， 且|AB|＝2a （a ＞0），求AB 中点M 的轨迹方程。

解：设M （x ，y ），由中点坐标公式得 A （2x ，0） B （0，2y ） ∴22)20()02(y x -+-＝2a化简得 x 2＋y 2＝a 2∵ 点A 、B 分别在x 、y 轴的正半轴上 ∴ 点M 在第一象限 即 x ＞0 y ＞0 故点M 的轨迹方程为x 2＋y 2＝a 2（x ＞0且y ＞0）四、根据条件解不等式。