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文檔簡介

1、高中數(shù)學(xué)講義之解析幾何圓錐曲線第1講 橢圓【知識要點(diǎn)】1、 橢圓的定義1. 橢圓的第一定義:平面內(nèi)到兩個(gè)定點(diǎn)、的距離之和等于定長()的點(diǎn)的軌跡叫橢圓,這兩個(gè)定點(diǎn)叫做橢圓的焦點(diǎn),兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離叫做焦距。注1:在橢圓的定義中,必須強(qiáng)調(diào):到兩個(gè)定點(diǎn)的距離之和(記作)大于這兩個(gè)定點(diǎn)之間的距離(記作),否則點(diǎn)的軌跡就不是一個(gè)橢圓。具體情形如下:()當(dāng)時(shí),點(diǎn)的軌跡是橢圓;()當(dāng)時(shí),點(diǎn)的軌跡是線段;()當(dāng)時(shí),點(diǎn)的軌跡不存在。注2:若用表示動(dòng)點(diǎn),則橢圓軌跡的幾何描述法為(,),即.注3:凡是有關(guān)橢圓上的點(diǎn)與焦點(diǎn)的距離問題,通常可利用橢圓的第一定義求解,即隱含條件:千萬不可忘記。2. 橢圓的第二定義:平面內(nèi)

2、到某一定點(diǎn)的距離與它到定直線的距離之比等于常數(shù)()的點(diǎn)的軌跡叫做橢圓。2、 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程(1) 焦點(diǎn)在軸、中心在坐標(biāo)原點(diǎn)的橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程是();(2) 焦點(diǎn)在軸、中心在坐標(biāo)原點(diǎn)的橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程是().注1:若題目已給出橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程,那其焦點(diǎn)究竟是在軸還是在軸,主要看長半軸跟誰走。長半軸跟走,橢圓的焦點(diǎn)在軸;長半軸跟走,橢圓的焦點(diǎn)在軸。(1) 注2:求橢圓的方程通常采用待定系數(shù)法。若題目已指明橢圓的焦點(diǎn)的位置,則可設(shè)其方程為()或();若題目未指明橢圓的焦點(diǎn)究竟是在軸上還是軸上,則中心在坐標(biāo)原點(diǎn)的橢圓的方程可設(shè)為(,且). 3、 橢圓的性質(zhì)以標(biāo)準(zhǔn)方程()為例,其他形式的方程可用同樣的方法得到

3、相關(guān)結(jié)論。(1) 范圍:,;(2) 對稱性:關(guān)于軸、軸軸對稱,關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)中心對稱;(3) 頂點(diǎn):左右頂點(diǎn)分別為,;上下頂點(diǎn)分別為,;(4) 長軸長為,短軸長為,焦距為;(5) 長半軸、短半軸、半焦距之間的關(guān)系為;(6) 準(zhǔn)線方程:;(7) 焦準(zhǔn)距:;(8) 離心率:且. 越小,橢圓越圓;越大,橢圓越扁;(9) 焦半徑:若為橢圓在第一象限內(nèi)一點(diǎn),則由橢圓的第二定義,有,;(10) 通徑長:.注1:橢圓的焦準(zhǔn)距指的是橢圓的焦點(diǎn)到其相應(yīng)準(zhǔn)線的距離。以橢圓的右焦點(diǎn)和右準(zhǔn)線:為例,可求得其焦準(zhǔn)距為.注2:橢圓的焦點(diǎn)弦指的是由過橢圓的某一焦點(diǎn)與該橢圓交于不同兩點(diǎn)的直線所構(gòu)成的弦。橢圓的通徑指的是過橢圓的

4、某一焦點(diǎn)且垂直于其對稱軸的弦。通徑是橢圓的所有焦點(diǎn)弦中最短的弦。設(shè)橢圓的方程為(),過其焦點(diǎn)且垂直于軸的直線交該雙曲線于、兩點(diǎn)(不妨令點(diǎn)在軸的上方),則,于是該橢圓的通徑長為.4、 關(guān)于橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程,需要注意的幾個(gè)問題(1)關(guān)于橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程,最基本的兩個(gè)問題是:其一,當(dāng)題目已指明曲線的位置特征,并給出了“特征值”(指、的值或它們之間的關(guān)系,由這個(gè)關(guān)系結(jié)合,我們可以確定出、的值)時(shí),我們便能迅速準(zhǔn)確地寫出橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程;其二,當(dāng)題目已給出橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程時(shí),我們便能準(zhǔn)確地判斷出曲線的位置特征,并能得到、的值。(2) 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程中的參數(shù)、是橢圓所固有的,與坐標(biāo)系的建立無關(guān);、三者之間的關(guān)系:

5、必須牢固掌握。(3) 求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程,實(shí)質(zhì)上是求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程中的未知參數(shù)、。根據(jù)題目已知條件,我們列出以、為未知參數(shù)的兩個(gè)方程,聯(lián)立后便可確定出、的值。特別需要注意的是:若題目中已經(jīng)指明橢圓的焦點(diǎn)在軸或軸上,則以、為未知參數(shù)的方程組只有一個(gè)解,即、只有一個(gè)值;若題目未指明橢圓的焦點(diǎn)在哪個(gè)軸上,則以、為未知參數(shù)的方程組應(yīng)有兩個(gè)解,即、應(yīng)有兩個(gè)值。(4) 有時(shí)為方便解題,中心在坐標(biāo)原點(diǎn)的橢圓的方程也可設(shè)為,但此時(shí)、必須滿足條件:,且. 5、 點(diǎn)與橢圓的位置關(guān)系點(diǎn)與橢圓()的位置關(guān)系有以下三種情形:()若,則點(diǎn)在橢圓上;()若,則點(diǎn)在橢圓外;()若,則點(diǎn)在橢圓內(nèi);【例題選講】題型1:橢圓定義的應(yīng)

6、用1. 平面內(nèi)存在一動(dòng)點(diǎn)到兩個(gè)定點(diǎn)、的距離之和為常數(shù)(),則點(diǎn)的軌跡是()a. 圓 b. 橢圓 c. 線段 d. 橢圓或線段解:由題意知,()當(dāng)時(shí),點(diǎn)的軌跡是橢圓;()當(dāng)時(shí),點(diǎn)的軌跡是線段.故點(diǎn)的軌跡是橢圓或線段2. 已知圓:,點(diǎn),是圓上任意一點(diǎn),線段的中垂線和直線相交于點(diǎn),則點(diǎn)的軌跡方程為_.解:圓:的圓心坐標(biāo)為,半徑連接,由是直線的中垂線知,而,于是點(diǎn)的軌跡是以,為左右焦點(diǎn)的橢圓,其中,又該橢圓的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)故點(diǎn)的軌跡方程為3. 已知點(diǎn),點(diǎn)是圓上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),線段的垂直平分線交圓的半徑于點(diǎn),當(dāng)點(diǎn)在圓周上運(yùn)動(dòng)時(shí),點(diǎn)的軌跡方程為_.解:圓:的圓心坐標(biāo)為,半徑連接,由是直線的垂直平分線知,而,于

7、是點(diǎn)的軌跡是以,為左右焦點(diǎn)的橢圓,其中,又該橢圓的中心為的中點(diǎn)故點(diǎn)的軌跡方程為注:本題點(diǎn)的軌跡方程雖是橢圓,但該橢圓不關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對稱,而是關(guān)于點(diǎn)對稱,其方程可由把橢圓沿軸向右平移了個(gè)單位得到。4. 方程表示的曲線是()a. 橢圓 b. 雙曲線 c. 拋物線 d. 線段解:由,有這表明,點(diǎn)到定點(diǎn)的距離與它到定直線:的距離之比等于常數(shù)()由橢圓的第二定義知,點(diǎn)的軌跡是橢圓,即方程表示的曲線是橢圓。5. 橢圓的左、右焦點(diǎn)分別為、,點(diǎn)在橢圓上。若線段的中點(diǎn)在軸上,則是的()a. 7倍 b. 5倍 c. 4倍 d. 3倍解:在橢圓中,于是又線段的中點(diǎn)在軸上,而是線段的中點(diǎn) 于是(法一)在中,又由橢圓的

8、定義,有聯(lián)立、得,故,即是的7倍。(法二),而故,即是的7倍。6. 設(shè)、為橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn),為橢圓上的一點(diǎn)。已知,是一個(gè)直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn),且,則=_.解:在橢圓中,于是,()當(dāng)時(shí),又于是又聯(lián)立、得,于是此時(shí)()當(dāng)時(shí),而聯(lián)立、得,于是此時(shí)故的值為2或題型2:求橢圓的方程7. (1)若方程表示橢圓,則的取值范圍是_;(2)若方程表示焦點(diǎn)在軸上的橢圓,則的取值范圍是_;(3)若方程表示焦點(diǎn)在軸上的橢圓,則的取值范圍是_.解:(1)方程表示橢圓故當(dāng)時(shí),方程表示橢圓。(2) 方程表示焦點(diǎn)在軸上的橢圓故當(dāng)時(shí),方程表示焦點(diǎn)在軸上的橢圓。(3) 方程表示焦點(diǎn)在軸上的橢圓故當(dāng)時(shí),方程表示焦點(diǎn)在軸上的橢圓。8.

9、 已知橢圓的焦距為2,則=_.解:由題意知, 于是()()當(dāng)橢圓的焦點(diǎn)在軸上時(shí),于是由()式,有()當(dāng)橢圓的焦點(diǎn)在軸上時(shí),于是由()式,有故的值為3或59. 已知橢圓以坐標(biāo)軸為對稱軸,且長軸是短軸的3倍,并且經(jīng)過點(diǎn),則該橢圓的方程為_.解:由題設(shè)條件知,()當(dāng)橢圓的焦點(diǎn)在軸上時(shí),設(shè)其方程為()則由該橢圓過點(diǎn),有聯(lián)立、得,于是此時(shí)該橢圓的方程為()當(dāng)該橢圓的焦點(diǎn)在軸上時(shí),設(shè)其方程為()則由該橢圓過點(diǎn),有聯(lián)立、得,于是此時(shí)該橢圓的方程為故所求橢圓的方程為或10. 已知橢圓的中心在坐標(biāo)原點(diǎn)、以坐標(biāo)軸為對稱軸,且經(jīng)過兩點(diǎn),則橢圓的方程為_.解:設(shè)所求橢圓的方程為(,且) 則由該橢圓過,兩點(diǎn),有,解得:

10、故所求橢圓的方程為,即.11. 在平面直角坐標(biāo)系中,橢圓的中心為坐標(biāo)原點(diǎn),焦點(diǎn)、在軸上,離心率為. 若過的直線交于、兩點(diǎn),且的周長為16,那么的方程為_.解:由橢圓的中心在坐標(biāo)原點(diǎn),焦點(diǎn)在軸上,可設(shè)其方程為() 而,即于是又 于是故橢圓的方程為題型3:橢圓的性質(zhì)12. 橢圓上的點(diǎn)到其一個(gè)焦點(diǎn)的距離的最小值為5,最大值為15,則橢圓的方程為_.解:不妨設(shè)所求橢圓的方程為()設(shè)是該橢圓上任意一點(diǎn),是其一個(gè)焦點(diǎn)令,則又,于是當(dāng),即點(diǎn)為橢圓的右頂點(diǎn)時(shí),取得最小值,且;當(dāng),即點(diǎn)為橢圓的左頂點(diǎn)時(shí),取得最大值,且.因而由題意,有 故所求橢圓的方程為注:由本題可見,橢圓的右(左)頂點(diǎn)到右(左)焦點(diǎn)的距離最小,

11、到左(右)焦點(diǎn)的距離最大。以后在遇到相關(guān)問題時(shí),這個(gè)結(jié)論可以直接用。13. 已知橢圓的中心在坐標(biāo)原點(diǎn),在軸上的一個(gè)焦點(diǎn)與短軸的兩個(gè)端點(diǎn)、的連線互相垂直,且這個(gè)焦點(diǎn)與較近的長軸的端點(diǎn)的距離為,則這個(gè)橢圓的方程為_.解:由該橢圓的中心在坐標(biāo)原點(diǎn),焦點(diǎn)在軸上,可設(shè)其方程為()設(shè)是該橢圓的右焦點(diǎn),則與其較近的長軸的端點(diǎn)為于是有()又,是該橢圓上的對稱點(diǎn),是該橢圓的右焦點(diǎn)又為等腰直角三角形,其中于是有,即又,即,代入(),得于是,故所求橢圓的方程為題型4:與橢圓的焦點(diǎn)有關(guān)的三角形問題14. 設(shè)是橢圓上的一點(diǎn),、是該橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn),且,則=_.解:在橢圓中,于是,在中,由余弦定理,有于是故15. 已知、分

12、別為橢圓的左、右焦點(diǎn),點(diǎn)在該橢圓上. 若點(diǎn)、是一個(gè)直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn),則的面積為_.解:在橢圓中,于是,()當(dāng)以點(diǎn)或?yàn)橹苯琼旤c(diǎn)時(shí),或,而或于是此時(shí)總有并且此種情形下,即點(diǎn)在橢圓上,滿足題意。()當(dāng)以點(diǎn)為直角頂點(diǎn)時(shí),設(shè)則又,于是此時(shí)這表明,此種情形下,點(diǎn)在橢圓外,不滿足題意。故的面積為16. 已知、是橢圓在軸上的兩個(gè)焦點(diǎn),為橢圓上一點(diǎn),.(1) 求該橢圓離心率的取值范圍;(2) 求證:的面積只與該橢圓的短軸長有關(guān).解(1):由該橢圓的焦點(diǎn)在軸上,可設(shè)其方程為()在中,由余弦定理,有又而,即于是又故該橢圓離心率的取值范圍是證(2):由(1)知,故的面積只與該橢圓的短軸長有關(guān)題型5:橢圓中的最值問

13、題17. 設(shè)是橢圓的左焦點(diǎn),點(diǎn)是橢圓上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),為定點(diǎn),則的最小值為_.解:在橢圓中,于是該橢圓的左右焦點(diǎn)分別為,故18. 若滿足(),則的最大值、最小值分別為_.解:在橢圓()中,于是該橢圓的左右焦點(diǎn)分別為,表示橢圓()上的點(diǎn)與定點(diǎn)之間的連線的斜率令,則直線的方程為,即聯(lián)立,得令則,(舍去)又,這里為橢圓()的右頂點(diǎn)故,即的最大值為,最小值為19. 在直線:上任取一點(diǎn),過點(diǎn)且以橢圓的焦點(diǎn)為焦點(diǎn)作橢圓,則點(diǎn)的坐標(biāo)為_時(shí),所作的橢圓的長軸最短,此時(shí)該橢圓的方程為_.解:在橢圓中,于是該橢圓的左右焦點(diǎn)分別為,要使過點(diǎn)且以橢圓的焦點(diǎn)為焦點(diǎn)所作的橢圓的長軸最短必須使最小設(shè)關(guān)于直線:的對稱點(diǎn)為則由,即

14、,得于是直線的方程為,即顯然,使取得最小值的點(diǎn)即為直線與直線的交點(diǎn)聯(lián)立,得此時(shí),故所求橢圓的方程為20. 若點(diǎn)和點(diǎn)分別為橢圓的中心和左焦點(diǎn),點(diǎn)為橢圓上任意一點(diǎn),則的最大值為_,此時(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)為_.解:在橢圓中,于是設(shè)則,并且于是,令,其對稱軸為函數(shù)在上單調(diào)遞增于是將代入方程中,得 故的最大值為6,此時(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)為.21. 設(shè)橢圓的中心是坐標(biāo)原點(diǎn),長軸在軸上,離心率. 已知點(diǎn)到這個(gè)橢圓上一點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離為,則該橢圓的方程為_,該橢圓上到點(diǎn)的距離為的點(diǎn)的坐標(biāo)是_.解:由該橢圓的中心在坐標(biāo)原點(diǎn),長軸在軸上,可設(shè)其方程為(), 而,即于是橢圓的方程可化為設(shè)是該橢圓上任意一點(diǎn)則,令,其對稱軸為()當(dāng),即時(shí),函

15、數(shù)在上單調(diào)遞減此時(shí),于是 解得:這顯然與矛盾,因此此種情況不存在。()當(dāng)時(shí),這顯然與矛盾,因此此種情況不存在。()當(dāng),即時(shí),函數(shù)在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減此時(shí),于是 解得:,滿足題意。由可知,所求橢圓的方程為將代入方程中,得:于是橢圓上到點(diǎn)的距離等于的點(diǎn)有兩個(gè),分別是,故該橢圓的方程為,并且該橢圓上到點(diǎn)的距離為的點(diǎn)的坐標(biāo)是或.題型6:橢圓的離心率計(jì)算問題22. 若一個(gè)橢圓長軸的長度、短軸的長度和焦距成等差數(shù)列,則該橢圓的離心率為_.解:由,成等差數(shù)列,有又()()式兩邊同時(shí)除以,得 解得:或(舍去)故該橢圓的離心率23. 已知、是橢圓在軸上的兩個(gè)焦點(diǎn),過且與橢圓長軸垂直的直線交橢圓于、兩點(diǎn),若

16、是正三角形,則這個(gè)橢圓的離心率是_.解:(法一)設(shè)正三角形的邊長為則,于是, ,故該橢圓的離心率(法二),等式中的表示的外接圓的直徑.故該橢圓的離心率24. 過橢圓()的左焦點(diǎn)作軸的垂線交橢圓于點(diǎn),為橢圓右焦點(diǎn)。若,則該橢圓的離心率為_.解:(法一)在中, 又于是故該橢圓的離心率為(法二)在中,而,即解得:或(舍去)故該橢圓的離心率為25. 已知是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn),是短軸的一個(gè)端點(diǎn),線段的延長線交于點(diǎn),且,則的離心率為_.解:(法一)不妨設(shè)橢圓的焦點(diǎn)在軸上,則其方程可設(shè)為()設(shè),則,于是由,有 又點(diǎn)在橢圓上 于是又故橢圓的離心率為(法二)不妨設(shè)橢圓的焦點(diǎn)在軸上設(shè),則作于點(diǎn)則由,有,即又由橢圓的第

17、二定義,有又于是又故橢圓的離心率為26. 在平面直角坐標(biāo)系中,是橢圓()的右焦點(diǎn),直線與橢圓交于、兩點(diǎn),且,則該橢圓的離心率是_.解:在中,令,則于是,而,又于是又于是又故該橢圓的離心率27. 已知為坐標(biāo)原點(diǎn),是橢圓:()的左焦點(diǎn),、分別為的左、右頂點(diǎn),為上一點(diǎn),且軸,過點(diǎn)的直線與線段交于點(diǎn),與軸交于點(diǎn)若直線經(jīng)過的中點(diǎn),則的離心率為_.解:由,有由,有于是有故的離心率(法二)直線:,即由,得,所以由,得,所以由,有故的離心率題型7:與橢圓有關(guān)的綜合問題28. 橢圓內(nèi)有一點(diǎn),一直線經(jīng)過點(diǎn)與橢圓交于、兩點(diǎn),弦被點(diǎn)平分,則直線的方程為_.解:設(shè),則,得,又的中點(diǎn)坐標(biāo)為,代入得,顯然于是由有,即又直線

18、過其中點(diǎn)故直線的方程為,即29. 已知橢圓:()的右焦點(diǎn)為,過點(diǎn)的直線交橢圓于、兩點(diǎn),若的中點(diǎn)坐標(biāo)為,則的方程為_.解:橢圓:()的右焦點(diǎn)為設(shè),則 , -得,又的中點(diǎn)坐標(biāo)為,代入得,顯然于是由有,即又由、得,故橢圓的方程為py30. 如圖,設(shè)是圓上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)是點(diǎn)在軸上的投影,為上一點(diǎn),且.m(1) 當(dāng)點(diǎn)在圓上運(yùn)動(dòng)時(shí),求點(diǎn)的軌跡的方程;odx(2) 求過點(diǎn)且斜率為的直線被所截線段的長度.解:(1)設(shè),則由題設(shè)條件知, 而點(diǎn)在圓上故點(diǎn)的軌跡的方程為(2) 過點(diǎn)且斜率為的直線的方程為,即點(diǎn)的軌跡的方程可化為設(shè)直線與的交點(diǎn)為,則直線被所截線段的長度為聯(lián)立,得由韋達(dá)定理,有于是故過點(diǎn)且斜率為的直線被

19、所截線段的長度為31. 已知橢圓,過原點(diǎn)的兩條直線和分別與該橢圓交于點(diǎn)、和、記得到的平行四邊形的面積為(1)設(shè),用、的坐標(biāo)表示點(diǎn)到直線的距離,并證明;(2)設(shè)與的斜率之積為,求面積的值解:(1)在橢圓,即中,()當(dāng)直線和的斜率均存在時(shí),直線的方程為,即于是點(diǎn)到直線:的距離又四邊形為平行四邊形故()當(dāng)直線的斜率不存在(此時(shí)即為軸),直線的斜率存在時(shí),此時(shí)點(diǎn)中,點(diǎn)到直線的距離()當(dāng)直線的斜率不存在(此時(shí)即為軸),直線的斜率存在時(shí),此時(shí)點(diǎn)中,點(diǎn)到直線的距離故點(diǎn)到直線的距離,平行四邊形的面積.(2) 由直線與的斜率之積為可知,直線、的斜率均存在,且均不為零不妨設(shè)直線的斜率為則直線的方程為,并且直線的斜

20、率為于是直線的方程為聯(lián)立得 解得:聯(lián)立得 解得:又由(1)知故32. 已知橢圓:()的半焦距為,原點(diǎn)到經(jīng)過兩點(diǎn),的直線的距離為(1)求橢圓的離心率;(2)如圖,是圓:的一條直徑,若橢圓經(jīng)過、兩點(diǎn),求橢圓的方程解:(1)設(shè)則設(shè),則故橢圓的離心率(2) 圓:的圓心為,半徑由(1)知,于是橢圓:的方程可化為,即設(shè)直線的斜率為則直線的方程為,即設(shè),聯(lián)立得由韋達(dá)定理有又為的中點(diǎn)又故橢圓的方程為33. 已知點(diǎn)是橢圓上任意一點(diǎn),點(diǎn)到直線:的距離為,到點(diǎn)的距離為,且. 直線與橢圓交于不同的兩點(diǎn)、(、都在軸上方),且.(1) 求橢圓的方程;(2) 當(dāng)點(diǎn)為橢圓與軸正半軸的交點(diǎn)時(shí),求直線的方程;(3) 對于動(dòng)直線,是否存在一個(gè)定點(diǎn),無論如何變化,直線總經(jīng)過此定點(diǎn)?若存在,求出該定點(diǎn)的坐標(biāo);若不存在,請說明理由.解:(1)設(shè),則,于是由,有化簡整理,得:故橢圓的方程為(2) 橢圓的方程可化為聯(lián)立,得 而又 而、都在軸上方 于是直線的方程為,即聯(lián)立,得 解得:或(舍去)故直線的方程為,即(3) ,且、都在軸上方,并且直線的斜率存在設(shè),則由,有()設(shè)直線的方程為聯(lián)立,得由韋達(dá)定理,有于是由()式,有而于是直線的方程可化為這表明,直線總經(jīng)過定點(diǎn)故對于動(dòng)直線,總存在一個(gè)定點(diǎn),無論如何變化,直線總經(jīng)過此定點(diǎn).34. 在平

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