高二数学椭圆小结
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高二上数学选修一第二章《平面解析几何》知识点梳理2.5.1椭圆的标准方程学习目标:1.掌握椭圆的定义,会用椭圆的定义解决实际问题.(重点)2.掌握用定义法和待定系数法求椭圆的标准方程.(重点)3.理解椭圆标准方程的推导过程,并能运用标准方程解决相关问题.(难点)“嫦娥二号”卫星是探月二期工程的技术先导星,实现月球软着陆进行部分关键技术试验,入太空轨道绕月球运转时,1.椭圆的定义(1)定义:如果F 1,F 2是平面内的两个定点,a 是一个常数,且2a >|F 1F 2|,则平面内满足|PF 1|+|PF 2|=2a 的动点P 的轨迹称为椭圆.(2)相关概念:两个定点F 1,F 2称为椭圆的焦点,两个焦点之间的距离|F 1F 2|称为椭圆的焦距.思考1:椭圆定义中,将“大于|F 1F 2|”改为“等于|F 1F 2|”或“小于|F 1F 2|”的常数,其他条件不变,点的轨迹是什么?[提示]2a 与|F 1F 2|的大小关系所确定的点的轨迹如下表:条件结论2a >|F 1F 2|动点的轨迹是椭圆2a =|F 1F 2|动点的轨迹是线段F 1F 22a <|F 1F 2|动点不存在,因此轨迹不存在2.椭圆的标准方程焦点位置在x 轴上在y 轴上标准方程x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0)(±c,0)(0,±c ):确定椭圆标准方程需要知道哪些量?[提示]a ,b 的值及焦点所在的位置.思考3:根据椭圆方程,如何确定焦点位置?[提示]把方程化为标准形式,x 2,y 2的分母哪个大,焦点就在相应的轴上.1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)平面内与两个定点F 1,F 2的距离之和等于常数的点的轨迹是椭圆.()(2)椭圆x 216+y 225=1的焦点坐标是(±3,0).()(3)y 2a 2+x 2b 2=1(a ≠b )表示焦点在y 轴上的椭圆.()[答案](1)×(2)×(3)×[提示](1)×需2a >|F 1F 2|.(2)×(0,±3).(3)×a >b >0时表示焦点在y 轴上的椭圆.2.以下方程表示椭圆的是()A .x 2+y 2=1B .2x 2+3y 2=6C .x 2-y 2=1D .2x 2-3y 2=6B[只有B 可化为x 23+y 22=]3.以坐标轴为对称轴,两焦点的距离是2,且过点(0,2)的椭圆的标准方程是()A .x 25+y 24=1B .x 23+y 24=1C .x 25+y 24=1或x 23+y 24=1D .x 29+y 24=1或x 23+y 24=1C [若椭圆的焦点在x 轴上,则c =1,b =2,得a 2=5,此时椭圆方程是x 25+y 24=1;若焦点在y轴上,则a =2,c =1,则b 2=3,此时椭圆方程是x 23+y 24=1.]4.椭圆x 29+y 24=1的左、右焦点F 1,F 2,点P 在椭圆上,若|PF 1|=4,则|PF 2|=.2[由椭圆的定义知|PF 1|+|PF 2|=6,所以|PF 2|=6-|PF 1|=6-4=2.]求椭圆的标准方程【例1】根据下列条件,求椭圆的标准方程.(1)两个焦点坐标分别是(0,5)、(0,-5),椭圆上一点P 到两焦点的距离和为26.(2)经过点2,焦点在x 轴上.(3)过(-3,2)且与x 29+y 24=1有相同的焦点.[解](1)∵椭圆的焦点在y 轴上,所以设它的标准方程为:y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0).∵2a =26,2c =10,∴a =13,c =5.∴b 2=a 2-c 2=144.∴所求椭圆的标准方程为:y 2169+x 2144=1.(2)设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),∵焦点在x 轴上,2c =2,∴a 2=b 2+1,又椭圆经过点∴1b 2+1+94b 2=1,解之得b 2=3,∴a 2=4.∴椭圆的标准方程为x 24+y 23=1.(3)由方程x 29+y 24=1可知,其焦点的坐标为(±5,0),即c =5.设所求椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),则a 2=b 2+5,因为过点(-3,2),代入方程为9a 2+4a 2-5=1(a >b >0),解得a 2=15(a 2=3舍去),b 2=10,故椭圆的标准方程为x 215+y 210=1.利用待定系数法求椭圆的标准方程(1)先确定焦点位置;(2)设出方程;(3)寻求a ,b ,c 的等量关系;(4)求a ,b 的值,代入所设方程.提醒:若椭圆的焦点位置不确定,需要分焦点在x 轴上和在y 轴上两种情况讨论,可设椭圆方程为mx 2+ny 2=1(m ≠n ,m >0,n >0).[跟进训练]1.求适合下列条件的椭圆的标准方程.(1)焦点在x 轴上,且a =4,c =2;(2)经过点[解](1)∵a 2=16,c 2=4,∴b 2=16-4=12,且焦点在x 轴上,故椭圆的标准方程为x 216+y 212=1.(2)法一:①当椭圆的焦点在x 轴上时,设标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),依题意,有1,1,2=15,2=14,因为a >b >0,所以方程组无解.②当椭圆的焦点在y 轴上时,设标准方程为y 2a 2+x 2b2=1(a >b >0),所以所求方程为y 214+x 215=1.法二:设所求椭圆的方程为mx 2+ny 2=1(m >0,n>0,且m ≠n ),+19n =1,=1,=5,=4,故所求方程为5x 2+4y 2=1,即y 214+x 215=1.椭圆的定义及其应用[探究问题]1.如何用集合语言描述椭圆的定义?[提示]P ={M ||MF 1|+|MF 2|=2a,2a >|F 1F 2|}.2.如何判断椭圆的焦点位置?[提示]判断椭圆焦点在哪个轴上就要判断椭圆标准方程中x 2项和y 2项的分母哪个更大一些,即“谁大在谁上”.3.椭圆标准方程中,a ,b ,c 三个量的关系是什么?[提示]椭圆的标准方程中,a 表示椭圆上的点M 到两焦点间距离的和的一半,可借助图形帮助记忆.a ,b ,c (都是正数)恰是构成一个直角三角形的三条边,a 是斜边,所以a >b ,a >c ,且a 2=b 2+c 2(如图所示).【例2】设P 是椭圆x 225+y2754=1上一点,F 1,F 2是椭圆的焦点,若∠F 1PF 2=60°,求△F 1PF 2的面积.[解]由椭圆方程知,a 2=25,b 2=754,∴c 2=254,∴c =52,2c =5.在△PF 1F 2中,|F 1F 2|2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|cos 60°,即25=|PF 1|2+|PF 2|2-|PF 1|·|PF 2|.①由椭圆的定义,得10=|PF 1|+|PF 2|,即100=|PF 1|2+|PF 2|2+2|PF 1|·|PF 2|.②②-①,得3|PF 1|·|PF 2|=75,所以|PF 1|·|PF 2|=25,所以S △F 1PF 2=12|PF 1|·|PF 2|·sin 60°=2534.1.将本例中的“∠F 1PF 2=60°”改为“∠F 1PF 2=30°”其余条件不变,求△F 1PF 2的面积.[解]由椭圆方程知,a 2=25,b 2=754,∴c 2=254,∴c =52,2c =5.在△PF 1F 2中,|F 1F 2|2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|·cos 30°,即25=|PF 1|2+|PF 2|2-3|PF 1|·|PF 2|.①由椭圆的定义得10=|PF 1|+|PF 2|,即100=|PF 1|2+|PF 2|2+2|PF 1|·|PF 2|.②②-①,得(2+3)|PF 1|·|PF 2|=75,所以|PF 1|·|PF 2|=75(2-3),所以S △F 1PF 2=12|PF 1|·|PF 2|·sin 30°=754(2-3).2.将椭圆的方程改为“x 2100+y 264=1”其余条件不变,求△F 1PF 2的面积.[解]|PF 1|+|PF 2|=2a =20,又|F 1F 2|=2c =12.由余弦定理知:(2c )2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|·cos 60°,即:144=(|PF 1|+|PF 2|)2-3|PF 1|·|PF 2|.所以|PF 1|·|PF 2|=2563,椭圆定义的应用技巧(1)椭圆的定义具有双向作用,即若|MF 1|+|MF 2|=2a (2a >|F 1F 2|),则点M 的轨迹是椭圆;反之,椭圆上任意一点M 到两焦点的距离之和必为2a .(2)椭圆的定义能够对一些距离进行相互转化,简化解题过程.因此,解题过程中遇到涉及曲线上的点到焦点的距离问题时,应先考虑是否能够利用椭圆的定义求解.拓展延伸:椭圆中的焦点三角形椭圆上一点P 与椭圆的两个焦点F 1,F 2构成的△PF 1F 2,称为焦点三角形.解关于椭圆的焦点三角形的问题,通常要利用椭圆的定义,结合正弦定理、余弦定理等知识求解.与椭圆有关的轨迹问题【例3】如图,圆C :(x +1)2+y 2=25及点A (1,0),Q 为圆上一点,AQ 的垂直平分线交CQ 于M ,求点M 的轨迹方程.[解]由垂直平分线性质可知|MQ |=|MA |,|CM |+|MA |=|CM |+|MQ |=|CQ |.∴|CM |+|MA |=5.∴M 点的轨迹为椭圆,其中2a =5,焦点为C (-1,0),A (1,0),∴a =52,c =1,∴b 2=a 2-c 2=254-1=214.∴所求轨迹方程为:x 2254+y 2214=1.求解与椭圆相关的轨迹问题的方法[跟进训练]2.已知两圆C 1:(x -4)2+y 2=169,C 2:(x +4)2+y 2=9,动圆在圆C 1内部且和圆C 1相内切,和圆C 2相外切,求动圆圆心的轨迹方程.[解]如图所示,设动圆圆心为M (x ,y ),半径为r ,由题意动圆M 内切于圆C 1,∴|MC 1|=13-r .圆M 外切于圆C 2,∴|MC 2|=3+r .∴|MC 1|+|MC 2|=16>|C 1C 2|=8,∴动圆圆心M 的轨迹是以C 1、C 2为焦点的椭圆,且2a =16,2c =8,b 2=a 2-c 2=64-16=48,故所求轨迹方程为x 264+y 248=1.(1)平面内到两定点F 1、F 2的距离之和为常数,即|MF 1|+|MF 2|=2a >|F 1F 2|,轨迹为椭圆a =|F 1F 2|,线段F 1F 2a <|F 1F 2|,不存在.(2)求椭圆的方程,可以利用定义求出参数a ,b ,c 其中的两个量;也可以用待定系数法构造三者之间的关系,但是要注意先确定焦点所在的位置,其主要步骤可归纳为“先定位,后定量”.(3)当焦点位置不确定时,可设椭圆方程为mx 2+ny 2=1(m >0,n >0,m ≠n ),因为它包括焦点在x 轴上(m <n )或焦点在y 轴上(m >n )两类情况,所以可以避免分类讨论,从而达到了简化运算的目的.1.椭圆x 225+y 2=1上一点P 到一个焦点的距离为2,则点P 到另一个焦点的距离为()A .5B .6C .7D .8D [由椭圆定义知点P 到另一个焦点的距离是10-2=8.]2.到两定点F 1(-2,0)和F 2(2,0)的距离之和为4的点的轨迹是()A .椭圆B .线段C .圆D .以上都不对B[|MF 1|+|MF 2|=|F 1F 2|=4,∴点M 的轨迹为线段F 1F 2.]3.椭圆x 216+y 232=1的焦距为.8[由方程得a 2=32,b 2=16,∴c 2=a 2-b 2=16.∴c =4,2c =8.]4.已知椭圆x 216+y 29=1的左、右焦点分别为F 1、F 2,过点F 1的直线l 交椭圆于A 、B 两点,则△ABF 2的周长是.16[由椭圆定义知,|AF 1|+|AF 2|=|BF 1|+|BF 2|=2a =8,又△ABF 2的周长等于|AB |+|AF 2|+|BF 2|=|AF 1|+|BF 1|+|AF 2|+|BF 2|=16.]5.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 F 1,F 2两点的距离之和为4,求椭圆C 的方程是.x 24+y 23=1[|AF 1|+|AF 2|=2a =4得a =2,∴原方程化为x 24+y 2b 2=1,将A b 2=3,∴椭圆方程为x 24+y 23=1.]2.5.2椭圆的几何性质学习目标1.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.2.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、图形.(重点、难点)奥地利维也纳金色大厅的顶棚设计为椭圆面,演奏时,椭圆面顶棚会把声音反射到椭圆面的另一个焦点处汇聚,有另外一个乐队存在(其实什么都没有椭圆的简单几何性质焦点的位置焦点在x 轴上焦点在y 轴上标准方程x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0)图形对称性对称轴x 轴和y 轴,对称中心(0,0)范围x ∈[-a ,a ],y ∈[-b ,b ]x ∈[-b ,b ],y ∈[-a ,a ]顶点A 1(-a,0),A 2(a,0),B 1(0,-b ),B 2(0,b )A 1(0,-a ),A 2(0,a ),B 1(-b,0),B 2(b,0)轴长短轴|B 1B 2|=2b ,长轴|A 1A 2|=2a焦点F 1(-c,0),F 2(c,0)F 1(0,-c ),F 2(0,c )焦距|F 1F 2|=2c[提示]最大距离:a +c ;最小距离:a -c .思考2:椭圆方程x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)中a ,b ,c 的几何意义是什么?[提示]在方程x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)中,a ,b ,c 的几何意义如图所示.即a ,b ,c 正好构成了一个以对称中心,一个焦点、一个短轴顶点构成的直角三角形.1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的长轴长等于a .()(2)椭圆上的点到焦点的距离的最小值a -c .()(3)椭圆上的离心率e 越小,椭圆越圆.()[答案](1)×(2)√(3)√[提示](1)×椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的长轴长等于2a .(2)√椭圆上的点到焦点的距离的最大值为a +c ,最小值为a -c .(3)√离心率e =ca越小,c 就越小,这时b 就越接近于a ,椭圆就越圆.2.椭圆6x 2+y 2=6的长轴端点坐标为()A .(-1,0),(1,0)B .(-6,0),(6,0)C .(-6,0),(6,0)D .(0,-6),(0,6)D [x 2+y 26=1焦点在y 轴上,长轴端点坐标为(0,-6),(0,6).]3.椭圆x 2+4y 2=4的离心率为()A .32B .34C .22D .23A [化椭圆方程为标准形式得x 24+y 2=1,所以a 2=4,b 2=1,所以c 2=a 2-b 2=3.所以e =c a =32.]4.椭圆x 29+y 216=1的焦点坐标是,顶点坐标是.(0,±7)(±3,0),(0,±4)[由方程x 29+y 216=1知焦点在y 轴上,所以a 2=16,b 2=9,c 2=a 2-b 2=7.因此焦点坐标为(0,±7),顶点坐标为(±3,0),(0,±4).]椭圆的几何性质【例1】求椭圆16x 2+25y 2=400的长轴和短轴的长、离心率、焦点和顶点的坐标.[思路探究]化为标准方程,确定焦点位置及a ,b ,c 的值,再研究相应的几何性质.[解]把已知方程化成标准方程x 252+y 242=1,可知a =5,b =4,所以c =3.因此,椭圆的长轴和短轴的长分别是2a =10和2b =8,离心率e =c a =35,两个焦点分别是F 1(-3,0)和F 2(3,0),椭圆的四个顶点是A 1(-5,0),A 2(5,0),B 1(0,-4)和B 2(0,4).1.已知椭圆的方程讨论性质时,若不是标准形式的先化成标准形式,再确定焦点的位置,进而确定椭圆的类型.2.焦点位置不确定的要分类讨论,找准a 与b ,正确利用a 2=b 2+c 2求出焦点坐标,再写出顶点坐标.提醒:长轴长、短轴长、焦距不是a ,b ,c ,而应是a ,b ,c 的两倍.[跟进训练]1.求椭圆4x 2+9y 2=36的长轴长和焦距、焦点坐标、顶点坐标和离心率.[解]将椭圆方程变形为x 29+y 24=1,∴a =3,b =2,∴c =a 2-b 2=9-4=5.∴椭圆的长轴长和焦距分别为2a =6,2c =25,焦点坐标为F 1(-5,0),F 2(5,0),顶点坐标为A 1(-3,0),A 2(3,0),B 1(0,-2),B 2(0,2),离心率e =c a =53.利用几何性质求椭圆的标准方程【例2】求适合下列条件的椭圆的标准方程:(1)与椭圆4x2+9y2=36有相同的焦距,且离心率为55;(2)长轴长是短轴长的2倍,且过点(2,-4).[解](1)将方程4x2+9y2=36化为x29+y24=1,可得椭圆焦距为2c=25.又因为离心率e=5 5,即55=5a,所以a=5,从而b2=a2-c2=25-5=20.若椭圆焦点在x轴上,则其标准方程为x225+y220=1;若椭圆焦点在y轴上,则其标准方程为y225+x220=1.(2)依题意2a=2×2b,即a=2b.若椭圆焦点在x轴上,设其方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),2b,+16b2=1.2=68,2=17,所以标准方程为x268+y217=1.若椭圆焦点在y轴上,设其方程为y2a2+x2b2=1(a>b>0),2b,+4b2=1,2=32,2=8.所以标准方程为x28+y232=1.利用待定系数法求椭圆标准方程的基本步骤及注意事项1 用几何性质求椭圆的标准方程通常采用的方法是待定系数法.2 根据已知条件求椭圆的标准方程的思路是“选标准,定参数”,即先明确焦点的位置或分类讨论.一般步骤是:①求出a2,b2的值;②确定焦点所在的坐标轴;③写出标准方程.3 在求解a 2、b 2时常用方程 组 思想,通常由已知条件与关系式a 2=b 2+c 2,e =ca 等构造方程 组加以求解.提醒:解答本例时容易忽视焦点的位置而漏解.[跟进训练]2.求适合下列条件的椭圆的标准方程:(1)长轴长是10,离心率是45;(2)在x 轴上的一个焦点,与短轴两个端点的连线互相垂直,且焦距为6.[解](1)设椭圆的方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)或y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0).由已知得2a =10,a =5,e =c a =45,∴c =4.∴b 2=a 2-c 2=25-16=9.∴椭圆方程为x 225+y 29=1或x 29+y 225=1.(2)依题意可设椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0).如图所示,△A 1FA 2为一等腰直角三角形,OF 为斜边A 1A 2的中线(高),且|OF |=c ,|A 1A 2|=2b,2c =6,∴c =b =3,∴a 2=b 2+c 2=18,故所求椭圆的方程为x 218+y 29=1.求椭圆的离心率[探究问题]1.求椭圆离心率的关键是什么?[提示]根据e =ca ,a 2-b 2=c 2,可知要求e ,关键是找出a ,b ,c 的等量关系.2.a ,b ,c 对椭圆形状有何影响?[提示]【例3】已知F 1,F 2是椭圆的两个焦点,过F 1且与椭圆长轴垂直的直线交椭圆于A ,B 两点,若△ABF 2是正三角形,求该椭圆的离心率.[思路探究]由题设求得A 、B 点坐标,根据△ABF 2是正三角形得出a ,b ,c 的关系,从而求出离心率.[解]设椭圆的方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),焦点坐标为F 1(-c,0),F 2(c,0).依题意设A c则B c ∴|AB |=2b 2a.由△ABF 2是正三角形得2c =32×2b 2a ,即3b 2=2ac ,又∵b 2=a 2-c 2,∴3a 2-3c 2-2ac =0,两边同除以a 2+2ca -3=0,解得e =c a =33.1.(变换条件)本例中将条件“过F 1且与椭圆长轴垂直的直线交椭圆于A ,B 两点,若△ABF 2是正三角形”改为“A 为y 轴上一点,且AF 1的中点B 恰好在椭圆上,若△AF 1F 2为正三角形”.如何求椭圆的离心率?[解]设椭圆的方程为x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0),焦点坐标为F 1(-c,0),F 2(c,0),设A点坐标为(0,y0)(y0>0),则B -c 2,∵B点在椭圆上,∴c24a2+y204b2=1,解得y20=4b2-b2c2 a2,由△AF1F2为正三角形得4b2-b2c2a2=3c2,即c4-8a2c2+4a4=0,两边同除以a4得e4-8e2+4=0,解得e=3-1.2.(变换条件)“若△ABF2是正三角形”换成“椭圆的焦点在x轴上,且A点的纵坐标等于短半轴长的23”,求椭圆的离心率.[解]设椭圆方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),F1(-c,0),F2(c,0),由题意知A c,23b∴c2a2+49=1,解得e=53.求椭圆离心率的方法(1)直接求出a和c,再求e=ca,也可利用e=1-b2a2求解.(2)若a和c不能直接求出,则看是否可利用条件得到a和c的齐次等式关系,然后整理成ca的形式,并将其视为整体,就变成了关于离心率e的方程,进而求解.1.已知椭圆的方程讨论性质时,若不是标准形式要先化成标准形式,再确定焦点的位置,找准a、b.2.利用椭圆的几何性质求标准方程通常采用待定系数法.3.求离心率e 时,注意方程思想的运用.1.椭圆x 29+y 216=1的离心率()A .74B .916C .13D .14A [a 2=16,b 2=9,c 2=7,从而e =c a =74.]2.若中心在原点,焦点在x 轴上的椭圆的长轴长为18,且两个焦点恰好将长轴三等分,则此椭圆的方程是()A .x 281+y 272=1B .x 281+y 29=1C .x 281+y 245=1D .x 281+y 236=1A [由已知得a =9,2c =13×2a ,∴c =13a =3,b 2=a 2-c 2=72.又焦点在x 轴上,∴椭圆方程为x 281+y 272=1.]3.椭圆x 2+my 2=1的焦点在y 轴上,长轴长是短轴长的2倍,则m 的值为()A .12B .2C .14D .4C [椭圆x 2+my 2=1的标准形式为:x 2+y 21m=1.因为焦点在y 轴上,且长轴长是短轴长的2倍,所以1m =4,所以m =14.]4.若一个椭圆长轴的长度,短轴的长度和焦距成等差数列,则该椭圆的离心率是.35[由题意有2a +2c =2(2b ),即a +c =2b ,又c 2=a 2-b 2,消去b 整理得5c 2=3a 2-2ac ,即5e 2+2e -3=0,∴e =35或e =-1(舍去).]5.已知椭圆的标准方程为x24+y29=1.(1)求椭圆的长轴长和短轴长;(2)求椭圆的离心率;(3)求以此椭圆的长轴端点为短轴端点,并且经过点P(-4,1)的椭圆方程.[解](1)椭圆的长轴长为2a=6,短轴长为2b=4.(2)c=a2-b2=5,所以椭圆的离心率e=ca=53.(3)若以椭圆的长轴端点为短轴端点,则b′=3,可设椭圆方程为x2a′2+y29=1,又椭圆过点P(-4,1),将点P(-4,1)代入得16a′2+19=1,解得a′2=18.故所求椭圆方程为x218+y29=1.。
高二选修一椭圆的知识点椭圆是高中数学的重要内容之一,作为高二学生选修的数学课程之一,椭圆的知识点对于学生的数学素养和理解力有着重要的影响。
本文将介绍高二选修一中涉及的椭圆的知识点。
一、椭圆的定义与性质椭圆是平面上一点到两个给定定点的距离之和等于常数的点的集合。
这两个给定定点分别称为椭圆的焦点,常数称为椭圆的离心率。
椭圆具有如下性质:1. 椭圆的离心率小于1,且等于0时为圆。
2. 椭圆的中心即为焦点所连直线的垂直平分线的交点。
3. 椭圆的长半轴和短半轴分别是焦点所连直线的垂直平分线与椭圆的交点到焦点的距离。
4. 椭圆的顶点是和焦点在同一直线上的两个点。
二、椭圆的方程表达椭圆的方程表达有两种形式:标准方程和一般方程。
1. 标准方程椭圆的标准方程为(x - h)²/a² + (y - k)²/b² = 1,其中(h, k)为椭圆的中心坐标,a和b分别为椭圆的长半轴和短半轴。
2. 一般方程椭圆的一般方程为Ax² + Bxy + Cy² + Dx + Ey + F = 0,其中A、B、C、D、E和F均为常数。
三、椭圆的参数方程椭圆的参数方程是将椭圆的坐标表示为参数θ的函数形式。
椭圆的参数方程为x = h + a cosθ,y = k + b sinθ,其中θ为参数。
四、椭圆的焦点与直径椭圆的焦点是指离心率所决定的椭圆上两个特殊的点,位于椭圆的长轴上。
椭圆的直径是从椭圆上一点到椭圆的另一点的最长线段。
五、椭圆与切线椭圆上的任意一点处都存在切线。
椭圆的切线与椭圆的法线垂直。
六、椭圆的重要参数椭圆的重要参数包括离心率、焦距、短半轴、长半轴、准线等,这些参数可以通过椭圆的方程表达或者几何性质求解。
七、椭圆的应用椭圆在日常生活和工程领域中有着广泛的应用。
例如,椭圆的形状可以模拟行星的轨道,从而研究天体运动;椭圆的形状也可以用来设计汽车、船舶和建筑物等工程项目。
专题十五 椭圆及其标准方程一 知识结构图二.学法指导1.用待定系数法求椭圆标准方程的一般步骤(1)定位置:根据条件判断椭圆的焦点是在x 轴上,还是在y 轴上,还是两个坐标轴都有可能.(2)设方程:根据上述判断设方程x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)或x 2b 2+y 2a 2=1(a >b >0)或整式形式mx 2+ny 2=1(m >0,n >0,m ≠n ).(3)找关系:根据已知条件建立关于a ,b ,c (或m ,n )的方程组. (4)得方程:解方程组,将解代入所设方程,写出标准形式即为所求. 2.椭圆定义在焦点三角形中的应用技巧(1)椭圆的定义具有双向作用,即若|MF 1|+|MF 2|=2a (2a >|F 1F 2|),则点M 的轨迹是椭圆;反之,椭圆上任意一点M 到两焦点的距离之和必为2a .(2)涉及焦点三角形面积时,可把|PF 1|,|PF 2|看作一个整体,运用|PF 1|2+|PF 2|2=(|PF 1|+|PF 2|)2-2|PF 1|·|PF 2|及余弦定理求出|PF 1|·|PF 2|,而无需单独求解 3.与椭圆有关的轨迹方程的求法常用方法有:直接法、定义法和代入法。
4.对定义法求轨迹方程的认识如果能确定动点运动的轨迹满足某种已知曲线的定义,则可以利用这种已知曲线的定义直接写出其方程,这种求轨迹方程的方法称为定义法.定义法在我们后续要学习的圆锥曲线的问题中被广泛使用,是一种重要的解题方法. 5.代入法(相关点法)若所求轨迹上的动点P (x ,y )与另一个已知曲线C :F (x ,y )=0上的动点Q (x 1,y 1)存在着某种联系,可以把点Q 的坐标用点P 的坐标表示出来,然后代入已知曲线C 的方程 F (x ,y )=0,化简即得所求轨迹方程,这种求轨迹方程的方法叫做代入法(又称相关点法).三.知识点贯通知识点1 椭圆的标准方程例题1.求满足下列条件的椭圆的标准方程:(1)两个焦点的坐标分别为F 1(-4,0),F 2(4,0),并且椭圆上一点P 与两焦点的距离的和等于10;(2)焦点坐标分别为(0,-2),(0,2),经过点(4,32); (3)经过两点(2,-2),⎝⎛⎭⎫-1,142. [解] (1)因为椭圆的焦点在x 轴上,且c =4,2a =10,所以a =5,b =a 2-c 2=25-16=3,所以椭圆的标准方程为x 225+y 29=1.(2)因为椭圆的焦点在y 轴上,所以可设它的标准方程为y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0).法一:由椭圆的定义知2a =(4-0)2+(32+2)2+(4-0)2+(32-2)2=12,解得a =6.又c =2,所以b =a 2-c 2=4 2.所以椭圆的标准方程为y 236+x 232=1.法二:因为所求椭圆过点(4,32),所以18a 2+16b 2=1.又c 2=a 2-b 2=4,可解得a 2=36,b 2=32. 所以椭圆的标准方程为y 236+x 232=1.(3)法一:若焦点在x 轴上,设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0).由已知条件得⎩⎨⎧4a 2+2b 2=1,1a 2+144b 2=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧a 2=8,b 2=4.所以所求椭圆的标准方程为x 28+y 24=1.若焦点在y 轴上,设椭圆的标准方程为y 2a 2+x 2b2=1(a >b >0).由已知条件得⎩⎨⎧4b 2+2a 2=1,1b 2+144a 2=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧b 2=8,a 2=4.则a 2<b 2,与a >b >0矛盾,舍去. 综上可知,所求椭圆的标准方程为x 28+y 24=1.法二:设椭圆的一般方程为Ax 2+By 2=1(A >0,B >0,A ≠B ).分别将两点的坐标(2,-2),⎝⎛⎭⎫-1,142代入椭圆的一般方程,得⎩⎪⎨⎪⎧4A +2B =1,A +144B =1,解得⎩⎨⎧A =18,B =14,所以所求椭圆的标准方程为x 28+y 24=1.知识点二 椭圆中的焦点三角形把平面内与两个定点F 1,F 2的距离的和等于常数(大于|F 1F 2|)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,焦距的一半称为半焦距. 例题2:已知椭圆x 24+y 23=1中,点P 是椭圆上一点,F 1,F 2是椭圆的焦点,且∠PF 1F 2=120°,则△PF 1F 2的面积为________.【答案】335【解析】由x 24+y 23=1,可知a =2,b =3,所以c =a 2-b 2=1,从而|F 1F 2|=2c =2.在△PF 1F 2中,由余弦定理得|PF 2|2=|PF 1|2+|F 1F 2|2-2|PF 1||F 1F 2|cos ∠PF 1F 2,即|PF 2|2=|PF 1|2+4+2|PF 1|.① 由椭圆定义得|PF 1|+|PF 2|=2a =4. ②由①②联立可得|PF 1|=65.所以S△PF 1F 2=12|PF 1||F 1F 2|sin ∠PF 1F 2=12×65×2×32=335.]知识点三 与椭圆有关的轨迹问题用定义法求椭圆的方程,首先要利用平面几何知识将题目条件转化为到两定点的距离之和为定值,然后判断椭圆的中心是否在原点、对称轴是否为坐标轴,最后由定义确定椭圆的基本量a ,b ,c .例题3 .如图所示,圆C :(x +1)2+y 2=25及点A (1,0),Q 为圆上一点,AQ 的垂直平分线交CQ 于点M ,求点M 的轨迹方程.【解析】由垂直平分线的性质可知|MQ |=|MA |, ∴|CM |+|MA |=|CM |+|MQ |=|CQ |, ∴|CM |+|MA |=5.∴点M 的轨迹为椭圆,其中2a =5,焦点为C (-1,0),A (1,0),∴a =52,c =1 ,∴b 2=a 2-c 2=254-1=214.∴所求点M 的轨迹方程为x 2254+y 2214=1,即4x 225+4y 221=1. 五 易错点分析易错一 由椭圆的方程求参数的范围例题 4.方程x 2a 2+y 2a +6=1表示焦点在x 轴上的椭圆,则实数a 的取值范围是________.【答案】(-6,-2)∪(3,+∞)【解析】由a 2>a +6>0得a >3或-6<a <-2.误区警示22y x 与谁的分母大,焦点在那个轴上专题十六 椭圆的简单几何性质一 知识结构图内 容 考点关注点椭圆的简单几何性质椭圆的简单几何性质 性质运用离心率求离心率,由离心率求方程二.学法指导1.由标准方程研究性质时的两点注意(1)已知椭圆的方程讨论性质时,若不是标准形式的先化成标准形式,再确定焦点的位置,进而确定椭圆的类型.(2)焦点位置不确定的要分类讨论,找准a与b,正确利用a2=b2+c2求出焦点坐标,再写出顶点坐标.同时要注意长轴长、短轴长、焦距不是a,b,c,而应是2a,2b,2c. 2.利用椭圆的几何性质求标准方程的思路(1)利用椭圆的几何性质求椭圆的标准方程时,通常采用待定系数法,其步骤是:①确定焦点位置;②设出相应椭圆的标准方程(对于焦点位置不确定的椭圆可能有两种标准方程);③根据已知条件构造关于参数的关系式,利用方程(组)求参数,列方程(组)时常用的关系式有b2=a2-c2,e=ca等.(2)在椭圆的简单几何性质中,轴长、离心率不能确定椭圆的焦点位置,因此仅依据这些条件求所要确定的椭圆的标准方程可能有两个.3.求椭圆离心率及范围的两种方法(1)直接法:若已知a,c可直接利用e=ca求解.若已知a,b或b,c可借助于a2=b2+c2求出c或a,再代入公式e=ca求解.(2)方程法:若a,c的值不可求,则可根据条件建立a,b,c的齐次关系式,借助于a2=b2+c2,转化为关于a,c的齐次方程或不等式,再将方程或不等式两边同除以a的最高次幂,得到关于e的方程或不等式,即可求得e的值或范围.4.代数法判断直线与椭圆的位置关系判断直线与椭圆的位置关系,通过解直线方程与椭圆方程组成的方程组,消去方程组中的一个变量,得到关于另一个变量的一元二次方程,则Δ>0⇔直线与椭圆相交;Δ=0⇔直线与椭圆相切;Δ<0⇔直线与椭圆相离.5.解决椭圆的中点弦问题的两种方法(1)方程组法通过解直线方程与椭圆方程构成的方程组,利用一元二次方程根与系数的关系及中点坐标公式求解.(2)点差法设直线与椭圆的交点(弦的端点)坐标为A(x1,y1),B(x2,y2),将这两点代入椭圆的方程并对所得两式作差,得到一个与弦AB的中点(x0,y0)和斜率k AB有关的式子,可以大大减少运算量.我们称这种代点作差的方法为“点差法”,事实上就是椭圆的垂径定理.利用k AB=y1-y2x1-x2=-b2a2·x1+x2y1+y2=-b2a2·x0y0,转化为中点(x0,y0)与直线AB的斜率之间的关系,这是处理弦中点轨迹问题的常用方法.三.知识点贯通知识点1 由椭圆方程研究几何性质焦点的位置焦点在x轴上焦点在y轴上图形焦点的位置焦点在x轴上焦点在y轴上标准方程x2a2+y2b2=1(a>b>0)y2a2+x2b2=1(a>b>0)范围-a≤x≤a且-b≤y≤b -b≤x≤b且-a≤y≤a 对称性对称轴为坐标轴,对称中心为原点顶点A1(-a,0),A2(a,0)B1(0,-b),B2(0,b)A1(0,-a),A2(0,a)B1(-b,0),B2(b,0)轴长短轴长|B1B2|=2b,长轴长|A1A2|=2a焦点F1(-c,0),F2(c,0)F1(0,-c),F2(0,c)焦距|F1F2|=2c例题1.求椭圆9x2+16y2=144的长轴长、短轴长、离心率、焦点坐标和顶点坐标.【解析】把已知方程化成标准方程为x216+y29=1,所以a=4,b=3,c=16-9=7,所以椭圆的长轴长和短轴长分别是2a=8和2b=6;离心率e=ca=7 4;两个焦点坐标分别是(-7,0),(7,0);四个顶点坐标分别是(-4,0),(4,0),(0,-3),(0,3).知识点二由几何性质求椭圆的方程焦点的位置焦点在x轴上焦点在y轴上图形焦点的位置焦点在x轴上焦点在y轴上标准方程x2a2+y2b2=1(a>b>0)y2a2+x2b2=1(a>b>0)范围-a≤x≤a且-b≤y≤b -b≤x≤b且-a≤y≤a 对称性对称轴为坐标轴,对称中心为原点顶点A1(-a,0),A2(a,0)B1(0,-b),B2(0,b)A1(0,-a),A2(0,a)B1(-b,0),B2(b,0) 轴长短轴长|B1B2|=2b,长轴长|A1A2|=2a焦点F1(-c,0),F2(c,0)F1(0,-c),F2(0,c)焦距|F1F2|=2c(1)椭圆过点(3,0),离心率e=63;(2)在x轴上的一个焦点与短轴两个端点的连线互相垂直,且焦距为8;【解析】(1)若焦点在x轴上,则a=3,∵e=ca=63,∴c=6,∴b2=a2-c2=9-6=3.∴椭圆的方程为x29+y23=1.若焦点在y轴上,则b=3,∵e=ca=1-b2a2=1-9a2=63,解得a2=27.∴椭圆的方程为y227+x29=1.∴所求椭圆的方程为x29+y23=1或y227+x29=1.(2)设椭圆方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0).如图所示,△A1F A2为等腰直角三角形,OF 为斜边A 1A 2的中线(高), 且|OF |=c ,|A 1A 2|=2b , ∴c =b =4,∴a 2=b 2+c 2=32, 故所求椭圆的方程为x 232+y 216=1.知识点三 求椭圆的离心率(1)定义:椭圆的焦距与长轴长的比ca称为椭圆的离心率.(2)性质:离心率e 的范围是(0,1).当e 越接近于1时,椭圆越扁;当e 越接近于0时,椭圆就越接近于圆.例题3 .设椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的两焦点为F 1,F 2,若在椭圆上存在一点P ,使PF 1→·PF 2→=0,求椭圆的离心率e 的取值范围.【解析】 由题意知PF 1⊥PF 2,所以点P 在以F 1F 2为直径的圆上,即在圆x 2+y 2=c 2上.又点P 在椭圆上,所以圆x 2+y 2=c 2与椭圆x 2a 2+y 2b 2=1有公共点. 连接OP (图略),则易知0<b ≤c <a , 所以b 2≤c 2<a 2,即a 2-c 2≤c 2<a 2.所以a 22≤c 2<a 2,所以22≤e <1.所以e ∈⎣⎡⎭⎫22,1.知识点四 直线与椭圆的位置关系直线y =kx +m 与椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的位置关系:联立⎩⎪⎨⎪⎧y =kx +m ,x 2a 2+y 2b 2=1,消去y 得一个关于x 的一元二次方程.例题4.已知直线l :y =2x +m ,椭圆C :x 24+y 22=1.试问当m 取何值时,直线l 与椭圆C :(1)有两个公共点; (2)有且只有一个公共点;(3)没有公共点.【解析】直线l 的方程与椭圆C 的方程联立,得方程组⎩⎪⎨⎪⎧y =2x +m ,x 24+y 22=1,消去y ,得9x 2+8mx+2m 2-4=0 ①.方程①的判别式Δ=(8m )2-4×9×(2m 2-4)=-8m 2+144.(1)当Δ>0,即-32<m <32时,方程①有两个不同的实数根,可知原方程组有两组不同的实数解.这时直线l 与椭圆C 有两个公共点.(2)当Δ=0,即m =±32时,方程①有两个相同的实数解,可知原方程组有两组相同的实数解.这时直线l 与椭圆C 有且只有一个公共点.(3)当Δ<0,即m <-32或m >32时,方程①没有实数解,可知原方程组没有实数解.这时直线l 与椭圆C没有公共点.知识点五 弦长和中点弦问题设直线与椭圆交于A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)两点,则有|AB |=(x 1-x 2)2+(y 1-y 2)2=1+k 2·(x 1+x 2)2-4x 1x 2=1+1k2·(y 1+y 2)2-4y 1y 2(k 为直线斜率). 例题5过椭圆x 216+y 24=1内一点M (2,1)引一条弦,使弦被M 点平分.(1)求此弦所在的直线方程; (2)求此弦长.【解析】(1)法一:设所求直线方程为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(2k -1)2-16=0. 又设直线与椭圆的交点为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2), 则x 1,x 2是方程的两个根, 于是x 1+x 2=8(2k 2-k )4k 2+1.又M 为AB 的中点,∴x 1+x 22=4(2k 2-k )4k 2+1=2,解得k =-12.故所求直线的方程为x +2y -4=0.法二:设直线与椭圆的交点为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2). 又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,则x 21+4y 21=16,x 22+4y 22=16. 两式相减得(x 21-x 22)+4(y 21-y 22)=0.于是(x 1+x 2)(x 1-x 2)+4(y 1+y 2)(y 1-y 2)=0. ∴y 1-y 2x 1-x 2=-x 1+x 24(y 1+y 2)=-12,即k AB =-12.又直线AB 过点M (2,1),故所求直线的方程为x +2y -4=0.(2)设弦的两端点分别为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2), 由⎩⎪⎨⎪⎧x +2y -4=0,x 216+y 24=1,得x 2-4x =0, ∴x 1+x 2=4,x 1x 2=0,∴|AB |=1+k 2·(x 1+x 2)2-4x 1x 2 =1+⎝⎛⎭⎫-122·42-4×0=2 5. 知识点六 与椭圆有关的综合问题例题6. 椭圆E :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)经过点A (-2,0),且离心率为22.(1)求椭圆E 的方程;(2)过点P (4,0)任作一条直线l 与椭圆C 交于不同的两点M ,N .在x 轴上是否存在点Q ,使得∠PQM +∠PQN =180°?若存在,求出点Q 的坐标;若不存在,请说明理由.【解析】 (1)由条件可知,椭圆的焦点在x 轴上,且a =2,又e =c a =22,得c = 2.由a 2-b 2=c 2得b 2=a 2-c 2=2. ∴所求椭圆的方程为x 24+y 22=1.(2)若存在点Q (m,0),使得∠PQM +∠PQN =180°, 则直线QM 和QN 的斜率存在,分别设为k 1,k 2. 等价于k 1+k 2=0.依题意,直线l 的斜率存在,故设直线l 的方程为y =k (x -4). 由⎩⎪⎨⎪⎧y =k (x -4)x 24+y 22=1, 得(2k 2+1)x 2-16k 2x +32k 2-4=0.因为直线l 与椭圆C 有两个交点,所以Δ>0.即(16k 2)2-4(2k 2+1)(32k 2-4)>0,解得k 2<16.设M (x 1,y 1),N (x 2,y 2),则x 1+x 2=16k 22k 2+1,x 1x 2=32k 2-42k 2+1,y 1=k (x 1-4),y 2=k (x 2-4), 令k 1+k 2=y 1x 1-m +y 2x 2-m =0,(x 1-m )y 2+(x 2-m )y 1=0,当k ≠0时,2x 1x 2-(m +4)(x 1+x 2)+8m =0, 化简得,8(m -1)2k 2+1=0,所以m =1.当k =0时,也成立.所以存在点Q (1,0),使得∠PQM +∠PQN =180°. 五 易错点分析易错一 由椭圆的方程研究椭圆性质例题7.椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)与椭圆x 2a 2+y 2b 2=λ(λ>0且λ≠1)有( )A .相同的焦点B .相同的顶点C .相同的离心率D .相同的长、短轴【答案】C【解析】在两个方程的比较中,端点a 、b 均取值不同,故A ,B ,D 都不对,而a ,b ,c 虽然均不同,但倍数增长一样,所以比值不变,故应选C.误区警示由椭圆的方程判断焦点的位置,22y x 与谁的分母大,焦点就在那个轴上。
高二数学椭圆基础知识点总结大全椭圆是高中数学中的一种重要的曲线,它具有许多独特的性质和特点。
本文将对高二数学中椭圆的基础知识点进行全面总结,帮助同学们更好地理解和掌握这一内容。
一、椭圆的定义和特征椭圆是平面上到两个固定点F1和F2的距离之和等于常数2a 的点P的轨迹。
F1和F2被称为椭圆的焦点,a被称为椭圆的半长轴。
椭圆的离心率定义为ε = c/a,其中c为焦点之间的距离。
离心率表示了椭圆的扁平程度,ε<1时为椭圆,ε=1时为抛物线,ε>1时为双曲线。
二、椭圆的方程和参数椭圆的标准方程为x^2/a^2 + y^2/b^2 = 1,其中a和b分别是椭圆的半长轴和半短轴。
参数方程为x = a*cosθ,y = b*sinθ,其中θ为参数。
三、椭圆的图形性质1. 椭圆关于x轴和y轴对称;2. 椭圆的长轴和短轴分别与x轴和y轴平行;3. 椭圆的左右焦点分别在x轴上方和下方;4. 椭圆的离心率ε满足0 < ε < 1;5. 椭圆的离心率越小,椭圆越圆。
四、椭圆的参数方程以椭圆的中心为原点,a为半长轴,b为半短轴建立直角坐标系,则椭圆上任意一点P(x, y)的参数方程为:x = a*cosθy = b*sinθ其中0 ≤ θ ≤ 2π。
五、椭圆的焦点和准线1. 椭圆的焦点是椭圆上两个固定点F1和F2,它们满足F1F2 = 2a;2. 椭圆的准线是通过椭圆中心且垂直于长轴的直线。
六、椭圆的方程一般形式当椭圆的中心不在坐标原点时,椭圆的方程为:(x-h)^2/a^2 + (y-k)^2/b^2 = 1其中(h, k)为椭圆的中心坐标。
七、椭圆的主要性质1. 椭圆的周长公式为C = 4a(E(ε^2)),其中E为椭圆的第一类完全椭圆积分函数;2. 椭圆的面积公式为S = πab;3. 离心率ε和焦距f之间的关系为ε^2 = 1 - (b^2/a^2) = 1 -(f/a)^2。
八、椭圆在几何和物理中的应用椭圆在几何和物理中有许多应用,如天体运动轨迹的研究、光学系统的设计等。