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2019-2020年高三數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 9.5橢圓教案 理 新人教A版
xx高考會(huì)這樣考 1.考查橢圓的定義及應(yīng)用;2.考查橢圓的方程、幾何性質(zhì);3.考查直線與橢圓的位置關(guān)系.
復(fù)習(xí)備考要這樣做 1.熟練掌握橢圓的定義、幾何性質(zhì);2.會(huì)利用定義法、待定系數(shù)法求橢圓方程;3.重視數(shù)學(xué)思想方法的應(yīng)用,體會(huì)解析幾何的本質(zhì)——用代數(shù)方法求解幾何問題.
1. 橢圓的概念
在平面內(nèi)與兩定點(diǎn)F1、F2的距離的和等于常數(shù)(大于|F1F2|)的點(diǎn)的軌跡叫做橢圓.這兩個(gè)定點(diǎn)叫做橢圓的焦點(diǎn),兩焦點(diǎn)間的距離叫做橢圓的焦距.
集合P={M||MF1|+|MF2|=2a},|F1F2|=2c,其中a>0,c>0,且a,c為常數(shù):
(1)若a>c,則集合P為橢圓;
(2)若a=c,則集合P為線段;
(3)若a
b>0)
+=1(a>b>0)
圖形
性
質(zhì)
范圍
-a≤x≤a
-b≤y≤b
-b≤x≤b
-a≤y≤a
對(duì)稱性
對(duì)稱軸:坐標(biāo)軸 對(duì)稱中心:原點(diǎn)
頂點(diǎn)
A1(-a,0),A2(a,0)
B1(0,-b),B2(0,b)
A1(0,-a),A2(0,a)
B1(-b,0),B2(b,0)
軸
長軸A1A2的長為2a;短軸B1B2的長為2b
焦距
|F1F2|=2c
離心率
e=∈(0,1)
a,b,c的關(guān)系
c2=a2-b2
[難點(diǎn)正本 疑點(diǎn)清源]
1. 橢圓焦點(diǎn)位置與x2,y2系數(shù)間的關(guān)系:
給出橢圓方程+=1時(shí),橢圓的焦點(diǎn)在x軸上?m>n>0,橢圓的焦點(diǎn)在y軸上?02,即k<1,又k>0,∴0b>0)的半焦距為c,若直線y=2x與橢圓的一個(gè)交點(diǎn)P的橫坐標(biāo)恰為c,則橢圓的離心率為 ( )
A. B.
C.-1 D.-1
答案 D
解析 依題意有P(c,2c),點(diǎn)P在橢圓上,
所以有+=1,
整理得b2c2+4a2c2=a2b2,
又因?yàn)閎2=a2-c2,代入得c4-6a2c2+a4=0,
即e4-6e2+1=0,解得e2=3-2(3+2舍去),
從而e=-1.
題型一 求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
例1 (1)若橢圓短軸的一個(gè)端點(diǎn)與兩焦點(diǎn)組成一個(gè)正三角形;且焦點(diǎn)到同側(cè)頂點(diǎn)的距離為,則橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為____________;
(2)(xx課標(biāo)全國)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,橢圓C的中心為原點(diǎn),焦點(diǎn)F1,F(xiàn)2在x軸上,離心率為.過F1的直線l交C于A,B兩點(diǎn),且△ABF2的周長為16,那么橢圓C的方程為__________.
思維啟迪:根據(jù)橢圓的定義和幾何性質(zhì)確定橢圓的基本量.
答案 (1)+=1或+=1
(2)+=1
解析 (1)由已知∴
從而b2=9,∴所求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為
+=1或+=1.
(2)設(shè)橢圓方程為+=1 (a>b>0),由e=知=,
故=.
由于△ABF2的周長為|AB|+|BF2|+|AF2|=(|AF1|+|AF2|)+(|BF1|+|BF2|)=4a=16,
故a=4.
∴b2=8.
∴橢圓C的方程為+=1.
探究提高 求橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的基本方法是待定系數(shù)法,具體過程是先定形,再定量,即首先確定焦點(diǎn)所在位置,然后再根據(jù)條件建立關(guān)于a,b的方程組.如果焦點(diǎn)位置不確定,要考慮是否有兩解,有時(shí)為了解題方便,也可把橢圓方程設(shè)為mx2+ny2=1 (m>0,n>0,m≠n)的形式.
已知F1,F(xiàn)2是橢圓+=1 (a>b>0)的左,右焦點(diǎn),A,B分別是此橢圓的右頂點(diǎn)和上頂點(diǎn),P是橢圓上一點(diǎn),OP∥AB,PF1⊥x軸,|F1A|=+,則此橢圓的方程是____________.
答案?。?
解析 由于直線AB的斜率為-,故OP的斜率為-,直線OP的方程為y=-x.與橢圓方程+=1聯(lián)立,解得x=a.因?yàn)镻F1⊥x軸,所以x=-a,
從而-a=-c,即a=c.又|F1A|=a+c=+,
故c+c=+,解得c=,從而a=.
所以所求的橢圓方程為+=1.
題型二 橢圓的幾何性質(zhì)
例2 已知F1、F2是橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn),P為橢圓上一點(diǎn),∠F1PF2=60.
(1)求橢圓離心率的范圍;
(2)求證:△F1PF2的面積只與橢圓的短軸長有關(guān).
思維啟迪:(1)在△PF1F2中,使用余弦定理和|PF1|+|PF2|=2a,可求|PF1||PF2|與a,c的關(guān)系,然后利用基本不等式找出不等關(guān)系,從而求出e的范圍;
(2)利用S△F1PF2=|PF1||PF2|sin 60可證.
(1)解 設(shè)橢圓方程為+=1 (a>b>0),
|PF1|=m,|PF2|=n,則m+n=2a.
在△PF1F2中,由余弦定理可知,
4c2=m2+n2-2mncos 60=(m+n)2-3mn
=4a2-3mn≥4a2-32=4a2-3a2=a2
(當(dāng)且僅當(dāng)m=n時(shí)取等號(hào)).∴≥,即e≥.
又0b>0)的左、右焦點(diǎn),A是橢圓C的頂點(diǎn),B是直線AF2與橢圓C的另一個(gè)交點(diǎn),∠F1AF2=60.
(1)求橢圓C的離心率;
(2)已知△AF1B的面積為40,求a,b的值.
解 (1)由題意可知,△AF1F2為等邊三角形,a=2c,
所以e=.
(2)方法一 a2=4c2,b2=3c2,直線AB的方程為
y=-(x-c),
將其代入橢圓方程3x2+4y2=12c2,得B,
所以|AB|==c.
由S△AF1B=|AF1||AB|sin∠F1AB=ac=a2=40,解得a=10,b=5.
方法二 設(shè)|AB|=t.因?yàn)閨AF2|=a,所以|BF2|=t-a.
由橢圓定義|BF1|+|BF2|=2a可知,|BF1|=3a-t,
再由余弦定理(3a-t)2=a2+t2-2atcos 60可得,t=a.
由S△AF1B=aa=a2=40 知,
a=10,b=5.
題型三 直線與橢圓的位置關(guān)系
例3 (xx北京)已知橢圓G:+y2=1.過點(diǎn)(m,0)作圓x2+y2=1的切線l交橢圓G于A,B兩點(diǎn).
(1)求橢圓G的焦點(diǎn)坐標(biāo)和離心率;
(2)將|AB|表示為m的函數(shù),并求|AB|的最大值.
思維啟迪:對(duì)于直線和橢圓的交點(diǎn)問題,一般要轉(zhuǎn)化為方程組解的問題,充分體現(xiàn)數(shù)形結(jié)合思想.
解 (1)由已知得a=2,b=1,所以c==.
所以橢圓G的焦點(diǎn)坐標(biāo)為(-,0),(,0).
離心率為e==.
(2)由題意知,|m|≥1.
當(dāng)m=1時(shí),切線l的方程為x=1,點(diǎn)A,B的坐標(biāo)分別為(1,),(1,-).此時(shí)|AB|=.
當(dāng)m=-1時(shí),同理可得|AB|=.
當(dāng)|m|>1時(shí),設(shè)切線l的方程為y=k(x-m).
由
得(1+4k2)x2-8k2mx+4k2m2-4=0.
設(shè)A,B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x1,y1),(x2,y2),則
x1+x2=,x1x2=.
又由l與圓x2+y2=1相切,得=1,
即m2k2=k2+1.
所以|AB|=
=
=
=.
由于當(dāng)m=1時(shí),|AB|=,
所以|AB|=,m∈(-∞,-1]∪[1,+∞).
因?yàn)閨AB|==≤2,
且當(dāng)m=時(shí),|AB|=2,
所以|AB|的最大值為2.
探究提高 (1)解答直線與橢圓的題目時(shí),時(shí)常把兩個(gè)曲線的方程聯(lián)立,消去x(或y)建立一元二次方程,然后借助根與系數(shù)的關(guān)系,并結(jié)合題設(shè)條件建立有關(guān)參變量的等量關(guān)系.
(2)涉及到直線方程的設(shè)法時(shí),務(wù)必考慮全面,不要忽略直線斜率為0或不存在等特殊情形.
設(shè)F1、F2分別是橢圓E:x2+=1(0b>0)的左,右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2.點(diǎn)P(a,b)滿足|PF2|=|F1F2|.
(1)求橢圓的離心率e.
(2)設(shè)直線PF2與橢圓相交于A,B兩點(diǎn).若直線PF2與圓(x+1)2+(y-)2=16相交于M,N兩點(diǎn),且|MN|=|AB|,求橢圓的方程.
審題視角 第(1)問由|PF2|=|F1F2|建立關(guān)于a、c的方程;第(2)問可以求出點(diǎn)A、B的坐標(biāo)或利用根與系數(shù)的關(guān)系求|AB|均可,再利用圓的知識(shí)求解.
規(guī)范解答
解 (1)設(shè)F1(-c,0),F(xiàn)2(c,0)(c>0),因?yàn)閨PF2|=|F1F2|,所以=2c.整理得2()2+-1=0,得=-1(舍),或=.所以e=.[4分]
(2)由(1)知a=2c,b=c,可得橢圓方程為3x2+4y2=12c2,直線PF2的方程為y=(x-c).
A,B兩點(diǎn)的坐標(biāo)滿足方程組消去y并整理,得5x2-8cx=0.
解得x1=0,x2=c.[6分]
得方程組的解
不妨設(shè)A(c,c),B(0,-c),
所以|AB|==c.[8分]
于是|MN|=|AB|=2c.
圓心(-1,)到直線PF2的距離
d==.[10分]
因?yàn)閐2+()2=42,
所以(2+c)2+c2=16.
整理得7c2+12c-52=0,得c=-(舍),或c=2.
所以橢圓方程為+=1.[12分]
溫馨提醒 (1)解決與弦長有關(guān)的橢圓方程問題,首先根據(jù)題設(shè)條件設(shè)出所求的橢圓方程,再由直線與橢圓聯(lián)立,結(jié)合根與系數(shù)的關(guān)系及弦長公式求出待定系數(shù).
(2)用待定系數(shù)法求橢圓方程時(shí),可盡量減少方程中的待定系數(shù)(本題只有一個(gè)c),這樣可避免繁瑣的運(yùn)算.
方法與技巧
1. 求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程時(shí),應(yīng)從“定形”“定式”“定量”三個(gè)方面去思考.“定形”就是指橢圓的對(duì)稱中心在原點(diǎn),以坐標(biāo)軸為對(duì)稱軸的情況下,能否確定橢圓的焦點(diǎn)在哪個(gè)坐標(biāo)軸上.“定式”就是根據(jù)“形”設(shè)出橢圓方程的具體形式,“定量”就是指利用定義和已知條件確定方程中的系數(shù)a,b或m,n.
2. 討論橢圓的幾何性質(zhì)時(shí),離心率問題是重點(diǎn),求離心率的常用方法有以下兩種:
(1)求得a,c的值,直接代入公式e=求得;
(2)列出關(guān)于a,b,c的齊次方程(或不等式),然后根據(jù)b2=a2-c2,消去b,轉(zhuǎn)化成關(guān)于e的方程(或不等式)求解.
失誤與防范
1. 判斷兩種標(biāo)準(zhǔn)方程的方法為比較標(biāo)準(zhǔn)形式中x2與y2的分母大?。?
2. 注意橢圓的范圍,在設(shè)橢圓+=1 (a>b>0)上點(diǎn)的坐標(biāo)為P(x,y)時(shí),則|x|≤a,這往往在求與點(diǎn)P有關(guān)的最值問題中特別有用,也是容易被忽略而導(dǎo)致求最值錯(cuò)誤的原因.
3. 注意橢圓上點(diǎn)的坐標(biāo)范圍,特別是把橢圓上某一點(diǎn)坐標(biāo)視為某一函數(shù)問題,求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間、最值時(shí)有重要意義.
A組 專項(xiàng)基礎(chǔ)訓(xùn)練
(時(shí)間:35分鐘,滿分:57分)
一、選擇題(每小題5分,共20分)
1. (xx江西)橢圓+=1(a>b>0)的左、右頂點(diǎn)分別是A、B,左、右焦點(diǎn)分別是F1、F2,若|AF1|,|F1F2|,|F1B|成等比數(shù)列,則此橢圓的離心率為 ( )
A. B. C. D.-2
答案 B
解析 由題意知|AF1|=a-c,|F1F2|=2c,|F1B|=a+c,
且三者成等比數(shù)列,則|F1F2|2=|AF1||F1B|,
即4c2=a2-c2,a2=5c2,
所以e2=,所以e=.
2. 已知橢圓C的短軸長為6,離心率為,則橢圓C的焦點(diǎn)F到長軸的一個(gè)端點(diǎn)的距離為
( )
A.9 B.1
C.1或9 D.以上都不對(duì)
答案 C
解析 ,解得a=5,b=3,c=4.
∴橢圓C的焦點(diǎn)F到長軸的一個(gè)端點(diǎn)的距離為a+c=9或a-c=1.
3. 已知焦點(diǎn)在x軸上的橢圓的離心率為,且它的長軸長等于圓C:x2+y2-2x-15=0的半徑,則橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程是 ( )
A.+=1 B.+=1
C.+y2=1 D.+=1
答案 A
解析 由 x2+y2-2x-15=0,知r=4=2a?a=2.
又e==,c=1,則b2=a2-c2=3.
4. 已知橢圓+y2=1的左、右焦點(diǎn)分別為F1、F2,點(diǎn)M在該橢圓上,且=0,則點(diǎn)M到y(tǒng)軸的距離為 ( )
A. B. C. D.
答案 B
解析 由題意,得F1(-,0),F(xiàn)2(,0).
設(shè)M(x,y),則=(--x,-y)(-x,-y)=0,
整理得x2+y2=3.①
又因?yàn)辄c(diǎn)M在橢圓上,故+y2=1,
即y2=1-.②
將②代入①,得x2=2,解得x=.
故點(diǎn)M到y(tǒng)軸的距離為.
二、填空題(每小題5分,共15分)
5. 已知F1、F2是橢圓C的左、右焦點(diǎn),點(diǎn)P在橢圓上,且滿足|PF1|=2|PF2|,∠PF1F2=30,則橢圓的離心率為____________.
答案
解析 在三角形PF1F2中,由正弦定理得sin∠PF2F1=1,即∠PF2F1=,設(shè)|PF2|=1,則|PF1|=2,|F2F1|=,所以離心率e==.
6. 已知橢圓+=1的焦點(diǎn)分別是F1,F(xiàn)2,P是橢圓上一點(diǎn),若連接F1,F(xiàn)2,P三點(diǎn)恰好能構(gòu)成直角三角形,則點(diǎn)P到y(tǒng)軸的距離是________.
答案
解析 F1(0,-3),F(xiàn)2(0,3),∵3<4,
∴∠F1F2P=90或∠F2F1P=90.
設(shè)P(x,3),代入橢圓方程得x=.
即點(diǎn)P到y(tǒng)軸的距離是.
7. 如圖所示,A,B是橢圓的兩個(gè)頂點(diǎn),C是AB的中點(diǎn),F(xiàn)為橢圓的
右焦點(diǎn),OC的延長線交橢圓于點(diǎn)M,且|OF|=,若MF⊥OA,
則橢圓的方程為__________.
答案?。?
解析 設(shè)所求的橢圓方程為+=1 (a>b>0),
則A(a,0),B(0,b),C,F(xiàn)(,0).
依題意,得=,F(xiàn)M的直線方程是x=,
所以M.
由于O,C,M三點(diǎn)共線,所以=,
即a2-2=2,所以a2=4,b2=2.
所求方程是+=1.
三、解答題(共22分)
8. (10分)已知橢圓的兩焦點(diǎn)為F1(-1,0)、F2(1,0),P為橢圓上一點(diǎn),且2|F1F2|=|PF1|+|PF2|.
(1)求此橢圓的方程;
(2)若點(diǎn)P在第二象限,∠F2F1P=120,求△PF1F2的面積.
解 (1)依題意得|F1F2|=2,
又2|F1F2|=|PF1|+|PF2|,
∴|PF1|+|PF2|=4=2a.∴a=2,c=1,b2=3.
∴所求橢圓的方程為+=1.
(2)設(shè)P點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y),∵∠F2F1P=120,
∴PF1所在直線的方程為y=(x+1)tan 120,
即y=-(x+1).
解方程組
并注意到x<0,y>0,可得
∴S△PF1F2=|F1F2|=.
9. (12分)(xx安徽)如圖,點(diǎn)F1(-c,0),F(xiàn)2(c,0)分別是橢圓C:+
=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn),過點(diǎn)F1作x軸的垂線交橢圓C的上
半部分于點(diǎn)P,過點(diǎn)F2作直線PF2的垂線交直線x=于點(diǎn)Q.
(1)如果點(diǎn)Q的坐標(biāo)是(4,4),求此時(shí)橢圓C的方程;
(2)證明:直線PQ與橢圓C只有一個(gè)交點(diǎn).
(1)解 方法一 由條件知,P,故直線PF2的斜率為kPF2==-.
因?yàn)镻F2⊥F2Q,
所以直線F2Q的方程為y=x-,故Q.
由題設(shè)知,=4,2a=4,解得a=2,c=1.
故橢圓方程為+=1.
方法二 設(shè)直線x=與x軸交于點(diǎn)M.
由條件知,P.
因?yàn)椤鱌F1F2∽△F2MQ,所以=,
即=,解得|MQ|=2a.
所以解得
故橢圓方程為+=1.
(2)證明 直線PQ的方程為=,
即y=x+a.
將上式代入+=1得x2+2cx+c2=0,
解得x=-c,y=.
所以直線PQ與橢圓C只有一個(gè)交點(diǎn).
B組 專項(xiàng)能力提升
(時(shí)間:25分鐘,滿分:43分)
一、選擇題(每小題5分,共15分)
1. (xx課標(biāo)全國)設(shè)F1,F(xiàn)2是橢圓E:+=1(a>b>0)的左,右焦點(diǎn),P為直線x=上一點(diǎn),△F2PF1是底角為30的等腰三角形,則E的離心率為 ( )
A. B. C. D.
答案 C
解析 由題意,知∠F2F1P=∠F2PF1=30,
∴∠PF2x=60.
∴|PF2|=2=3a-2c.
∵|F1F2|=2c,|F1F2|=|PF2|,∴3a-2c=2c,
∴e==.
2. 若點(diǎn)O和點(diǎn)F分別為橢圓+=1的中心和左焦點(diǎn),點(diǎn)P為橢圓上的任意一點(diǎn),則
的最大值為 ( )
A.2 B.3 C.6 D.8
答案 C
解析 由橢圓方程得F(-1,0),設(shè)P(x0,y0),
則=(x0,y0)(x0+1,y0)=x+x0+y.
∵P為橢圓上一點(diǎn),∴+=1.
∴=x+x0+3(1-)
=+x0+3=(x0+2)2+2.
∵-2≤x0≤2,
∴的最大值在x0=2時(shí)取得,且最大值等于6.
3. 在橢圓+=1內(nèi),通過點(diǎn)M(1,1),且被這點(diǎn)平分的弦所在的直線方程為 ( )
A.x+4y-5=0 B.x-4y-5=0
C.4x+y-5=0 D.4x-y-5=0
答案 A
解析 設(shè)直線與橢圓交點(diǎn)為A(x1,y1),B(x2,y2),
則
由①-②,得
+=0,
因所以=-=-,
所以所求直線方程為y-1=-(x-1),
即x+4y-5=0.
二、填空題(每小題5分,共15分)
4. 設(shè)F1、F2分別是橢圓+=1的左、右焦點(diǎn),P為橢圓上任一點(diǎn),點(diǎn)M的坐標(biāo)為(6,4),則|PM|+|PF1|的最大值為________.
答案 15
解析 |PF1|+|PF2|=10,|PF1|=10-|PF2|,|PM|+|PF1|=10+|PM|-|PF2|,易知M點(diǎn)在橢圓外,連接MF2并延長交橢圓于P點(diǎn),此時(shí)|PM|-|PF2|取最大值|MF2|,故|PM|+|PF1|的最大值為10+|MF2|=10+=15.
5. 如圖,已知點(diǎn)P是以F1、F2為焦點(diǎn)的橢圓+=1 (a>b>0)上一點(diǎn),
若PF1⊥PF2,tan∠PF1F2=,則此橢圓的離心率是________.
答案
解析 由題得△PF1F2為直角三角形,設(shè)|PF1|=m,
∵tan∠PF1F2=,∴|PF2|=,|F1F2|=m,
∴e===.
6. 已知橢圓+=1 (a>b>0)的離心率等于,其焦點(diǎn)分別為A、B,C為橢圓上異于長軸端點(diǎn)的任意一點(diǎn),則在△ABC中,的值等于________.
答案 3
解析 在△ABC中,由正弦定理得=,因?yàn)辄c(diǎn)C在橢圓上,所以由橢圓定義知|CA|+|CB|=2a,而|AB|=2c,所以===3.
三、解答題
7. (13分)已知橢圓+=1 (a>b>0)的長軸長為4,離心率為,點(diǎn)P是橢圓上異于頂點(diǎn)的任意一點(diǎn),過點(diǎn)P作橢圓的切線l,交y軸于點(diǎn)A,直線l′過點(diǎn)P且垂直于l,交y軸于點(diǎn)B.
(1)求橢圓的方程;
(2)試判斷以AB為直徑的圓能否經(jīng)過定點(diǎn)?若能,求出定點(diǎn)坐標(biāo);若不能,請(qǐng)說明理由.
解 (1)∵2a=4,=,∴a=2,c=1,b=.
∴橢圓的方程為+=1.
(2)能.設(shè)點(diǎn)P(x0,y0) (x0≠0,y0≠0),
由題意知直線l的斜率存在.
設(shè)直線l的方程為y-y0=k(x-x0),
代入+=1,
整理得(3+4k2)x2+8k(y0-kx0)x+4(y0-kx0)2-12=0.
∵x=x0是方程的兩個(gè)相等實(shí)根,
∴2x0=-,解得k=-.
∴直線l的方程為y-y0=-(x-x0).
令x=0,得點(diǎn)A的坐標(biāo)為.
又∵+=1,∴4y+3x=12.
∴點(diǎn)A的坐標(biāo)為.
又直線l′的方程為y-y0=(x-x0),
令x=0,得點(diǎn)B的坐標(biāo)為.
∴以AB為直徑的圓的方程為
xx+=0.
整理,得x2+y2+y-1=0.令y=0,得x=1,
∴以AB為直徑的圓恒過定點(diǎn)(1,0)和(-1,0).
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