椭圆、双曲线
命题点1 椭圆、双曲线的定义与标准方程
利用定义求解圆锥曲线的标准方程要做到“两要素、一结合”
(1)两个要素:一是等式,二是条件.
①椭圆:|PF1|+|PF2|=2a(2a>|F1F2|).
②双曲线:||PF1|-|PF2||=2a(2a<|F1F2|).
(2)一结合:数形结合,即把题设中的几何等量关系代数化,同时要分析几何图形所隐含的等量关系.
[高考题型全通关]
1.[教材改编]方程+=1表示椭圆的必要不充分条件是( )
A.m∈(-1,2)
B.m∈(-4,2)
C.m∈(-4,-1)∪(-1,2)
D.m∈(-1,+∞)
B [方程+=1表示椭圆的充要条件是即m∈(-4,-1)∪(-1,2).
而当m=-1时,方程表示圆,不是椭圆.
由题意可得,所求的m的范围真包含集合(-4,-1)∪(-1,2),结合所给的选项,故选B.]
2.(2020·东莞市模拟)已知F1、F2分别为椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点,过F1且垂直于x轴的直线l交椭圆C于A,B两点,若△AF2B是边长为4的等边三角形,则椭圆C的方程为( )
A.+=1
B.+=1
C.+=1
D.+=1
B [因为△AF2B是边长为4的等边三角形,所以∠AF2F1=30°,2a=|AF1|+|AF2|=2+4=6,
2c=|F1F2|=|AF1|=2,
所以b2=a2-c2=9-3=6,
所以椭圆的方程为+=1,故选B.]
3.(2020·濮阳一模)已知P为圆C:(x-5)2+y2=36上任意一点,A(-5,0),若线段PA的垂直平分线交直线PC于点Q,则Q点的轨迹方程为( )
A.+=1
B.-=1
C.+=1(x<0)
D.-=1(x>0)
B [由点Q是线段AP垂直平分线上的点,
∴|AQ|=|PQ|.
又∵||QA|-|QC||=|PC|=6<|AC|=10,
满足双曲线定义且a=3,c=5,∴b=4,
∴轨迹方程:-=1.故选B.]
4.(2020·桂林联考)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的一条渐近线方程y=2x,且点P为双曲线右支上一点,且F1,F2为双曲线左右焦点,△F1F2P的面积为4,且∠F1PF2=60°,则双曲线的实轴的长为( )
A.1
B.2
C.4
D.4
B [双曲线-=1的渐近线方程为y=±x,由一条渐近线方程为y=2x,可得b=2a,
由双曲线定义有|PF1|-|PF2|=2a,
两边平方得
|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|=4a2
①
由余弦定理,有
|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|cos
60°,
即为
|PF1|2+|PF2|2-|PF1|·|PF2|=4c2
②
由①②可得|PF1|·|PF2|=4c2-4a2=4b2,
△F1F2P的面积为4,可得
|PF1|·|PF2|sin
60°=·4b2·=b2=4,
解得b=2,a=1,所以实轴长2a=2,故选B.]
5.椭圆中心在原点,焦点F1,F2在x轴上,P(2,)是椭圆上一点,且|PF1|,|F1F2|,|PF2|成等差数列,则椭圆方程为________.
+=1 [∵椭圆中心在原点,焦点F1,F2在x轴上,∴设椭圆方程为+=1(a>b>0).
∵P(2,)是椭圆上一点,且|PF1|,|F1F2|,|PF2|成等差数列,∴且a2=b2+c2,
解得a=2,b=,c=,
∴椭圆方程为+=1.]
6.(2020·重庆期末)已知动圆E与圆A:(x+4)2+y2=2外切,与圆B:(x-4)2+y2=2内切,则动圆圆心E的轨迹方程为________.
-=1(x≥) [由圆A:(x+4)2+y2=2,
可得圆心A(-4,0),半径r1=;
由圆B:(x-4)2+y2=2可得圆心B(4,0),半径r2=.
设动圆的半径为R,由题意可得|EA|=R+,
|EB|=R-.
∴|EA|-|EB|=2<2×4.
由双曲线的定义可得:动圆的圆心E在以定点A(-4,0),B(4,0)为焦点的双曲线的右支上.
∵a=,c=4,∴b2=c2-a2=14.
∴动圆圆心E的轨迹方程为-=1(x≥).]
7.设F1,F2分别是椭圆+=1的左、右焦点,P为椭圆上任一点,点M的坐标为(6,4),则|PM|+|PF1|的最大值为________.
15 [因为椭圆+=1中,a=5,b=4,所以c=3,得焦点为F1(-3,0),F2(3,0).根据椭圆的定义,得
|PM|+|PF1|=|PM|+(2a-|PF2|)=10+(|PM|-|PF2|).
因为|PM|-|PF2|≤|MF2|,
当且仅当P在MF2的延长线上时等号成立,
此时|PM|+|PF1|的最大值为10+5=15.]
[教师备选]
1.设F1,F2为椭圆+=1的两个焦点,点P在椭圆上,若线段PF1的中点在y轴上,则的值为( )
A.
B.
C.
D.
D [如图,设线段PF1的中点为M,因为O是F1F2的中点,所以OM∥PF2,可得PF2⊥x轴,|PF2|==,|PF1|=2a-|PF2|=,所以=.]
2.椭圆+=1的左焦点为F,直线x=m与椭圆相交于点M,N,当△FMN的周长最大时,△FMN的面积是( )
A.
B.
C.
D.
C [如图,设椭圆的右焦点为F′,连接MF′,NF′.
因为|MF|+|NF|+|MF′|+|NF′|≥|MF|+|NF|+|MN|,所以当直线x=m过椭圆的右焦点时,△FMN的周长最大.
此时|MN|==,又c===1,所以此时△FMN的面积S=×2×=.故选C.]
命题点2 椭圆、双曲线的几何性质
1.求解椭圆或双曲线的离心率问题的常用方法
(1)直接求出a,c的值,利用e=求解.
(2)直接求出a,b的值,利用e==(椭圆)或e==(双曲线)求解.
(3)构造关于a,c的齐次方程,再利用e=转化成关于e的一元二次方程求解.
2.双曲线渐近线的四个常用结论
(1)双曲线-=1(a>0,b>0)的焦点到渐近线的距离为定值b;
(2)由双曲线-=1(a>0,b>0)求渐近线方程,只需方程右边的常数1变成0,即令-=0便可;
(3)由双曲线的一条渐近线方程y=x求双曲线方程可设-=λ(λ≠0)即可;
(4)双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线y=±x的斜率k同离心率e的关系:e==.
[高考题型全通关]
1.已知双曲线C的中心在坐标原点,一个焦点(,0)到渐近线的距离等于2,则C的渐近线方程为( )
A.y=±x
B.y=±x
C.y=±x
D.y=±2x
D [设双曲线C的方程为-=1(a>0,b>0),则由题意得c=.双曲线C的渐近线方程为y=±x,即bx±ay=0,所以=2,又c2=a2+b2=5,所以b=2,所以a==1,所以双曲线C的渐近线方程为y=±2x,故选D.]
2.以椭圆上一点和两个焦点为顶点的三角形的面积的最大值为1,则椭圆长轴长的最小值为( )
A.1
B.
C.2
D.2
D [设a,b,c分别为椭圆的长半轴长、短半轴长、半焦距,依题意知,×2cb=1?bc=1,2a=2≥2=2,当且仅当b=c=1时,等号成立.故选D.]
3.设双曲线C:-=1(a>0,b>0)的虚轴长为4,一条渐近线的方程为y=x,则双曲线C的方程为( )
A.-=1
B.-=1
C.-=1
D.x2-=1
A [由题意知,双曲线的虚轴长为4,得2b=4,即b=2.又双曲线的焦点在x轴上,则其一条渐近线的方程为y=x=x,可得a=4,所以双曲线C的方程为-=1,故选A.]
4.(2020·东莞市模拟)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线被圆(x-c)2+y2=2a2截得的弦长为2b(其中c为双曲线的半焦距),则双曲线C的离心率为( )
A.
B.
C.
D.2
B [如图所示,双曲线的两条渐近线关于x轴对称,取y=x与圆相交于点A,B,|AB|=2b,圆心(c,0)到直线bx-ay=0的距离d==b.
结合垂径定理可得2a2=b2+b2,即a=b.
∴双曲线为等轴双曲线,其离心率e=.故选B.]
5.已知F1,F2是椭圆+=1(a>b>0)的左、右两个焦点,若椭圆上存在点P使得PF1⊥PF2,则该椭圆的离心率的取值范围是( )
A.
B.
C.
D.
B [∵F1,F2是椭圆+=1(a>0,b>0)的左、右两个焦点,
∴F1(-c,0),F2(c,0),c2=a2-b2.
设点P(x,y),由PF1⊥PF2,得(x+c,y)·(x-c,y)=0,化简得x2+y2=c2.
联立方程组
整理得,x2=(2c2-a2)·≥0,
解得e≥.
又0<e<1,∴≤e<1.]
6.若三个点(-2,1),(-2,3),(2,-1)中恰有两个点在双曲线C:-y2=1(a>0)上,则双曲线C的渐近线方程为________.
y=±x [由于双曲线的图象关于原点对称,故(-2,1),(2,-1)在双曲线上,代入方程解得a=.又因为b=1,所以渐近线方程为y=±x.]
7.若点O和点F(-2,0)分别为双曲线-y2=1(a>0)的中心和左焦点,点P为双曲线右支上的任意一点,则·的取值范围为________.
[3+2,+∞) [由题意,得22=a2+1,即a=,
设P(x,y),x≥,=(x+2,y),
则·=(x+2)x+y2=x2+2x+-1
=-,
因为x≥,所以·的取值范围为[3+2,+∞).]
8.[一题两空]已知椭圆M:+=1(a>b>0),双曲线N:-=1.若双曲线N的两条渐近线与椭圆M的四个交点及椭圆M的两个焦点恰为一个正六边形的顶点,则椭圆M的离心率为________;双曲线N的离心率为________.
-1 2 [如图是一个正六边形,A,B,C,D是双曲线N的两条渐近线与椭圆M的四个交点,F1,F2为椭圆M的两个焦点.
∵直线AC是双曲线N的一条渐近线,且其方程为y=x,
∴=.设m=k,则n=k,则双曲线N的离心率e2==2.
连接F1C,在正六边形ABF2CDF1中,可得∠F1CF2=90°,∠CF1F2=30°.
设椭圆的焦距为2c,则|CF2|=c,|CF1|=c,再由椭圆的定义得|CF1|+|CF2|=2a,即(+1)c=2a,∴椭圆M的离心率e1====-1.]
[教师备选]
1.已知双曲线M:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,=2c.若双曲线M的右支上存在点P,使=,则双曲线M的离心率的取值范围为( )
A.
B.
C.(1,2)
D.
A [根据正弦定理可知=,因为=,
所以=,即|PF2|=|PF1|,-=2a,
所以=2a,解得=,
而>a+c,即>a+c,
整理得3e2-4e-1<0,解得又因为离心率e>1,所以12.(2020·百校联盟三月联考)已知椭圆C:
+=1(a>b>0)的右焦点为F,点A,B是椭圆C上关于原点O对称的两个点,且|AO|=|AF|,·=0,则椭圆C的离心率为( )
A.-1
B.2-
C.
D.
A [因为·=0,所以∠AFB=90°,因为|AO|=|AF|,所以|AB|=2|AF|,
故∠ABF=30°,设椭圆C的左焦点为F1,根据椭圆的性质,四边形AF1BF为平行四边形,且∠AFB=90°,所以四边形AF1BF为矩形,在直角三角形AF1F中,∠AF1F=30°,|AF1|=c,|AF|=c,根据椭圆的定义,|AF1|+|AF|=2a,
即c+c=2a,则椭圆C的离心率e==-1,故选A.]
命题点3 圆锥曲线与直线、圆的综合问题
圆锥曲线与直线、圆的综合问题的4个注意点
(1)注意使用圆锥曲线的定义;
(2)引入参数,注意构建直线与圆锥曲线的方程组;
(3)注意用好平面几何性质;
(4)涉及中点弦问题时,可用“点差法”快速求解.
[高考题型全通关]
1.已知椭圆+=1(a>b>0),点F为左焦点,点P为下顶点,平行于FP的直线l交椭圆于A,B两点,且AB的中点为M,则椭圆的离心率为( )
A.
B.
C.
D.
B [∵FP的斜率为-,FP∥l,∴直线l的斜率为-.设A(x1,y1),B(x2,y2),由得-=-,即=-.∵AB的中点为M,∴-=-,
∴a2=2bc,∴b2+c2=2bc,∴b=c,∴a=c,∴椭圆的离心率为,故选B.]
2.(2020·包头一模)已知F1,F2是双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,A,B是C的左、右顶点,点P在过F1且斜率为的直线上,△PAB为等腰三角形,∠ABP=120°,则C的渐近线方程为( )
A.y=±x
B.y=±2x
C.y=±x
D.y=±x
D [如图,∵△PAB为等腰三角形,∠ABP=120°,∴P点的坐标为(2a,a),F1P∶y=(x+c),
把P点坐标代入,可得a=(2a+c),即2a=c,
∴4a2=c2=a2+b2,得=.
∴C的渐近线方程为y=±x.故选D.
]
3.已知椭圆Γ:+=1(a>b>0)的长轴长是短轴长的2倍,过右焦点F且斜率为k(k>0)的直线与Γ相交于A,B两点.若=3,则k=( )
A.1
B.2
C.
D.
D [设A(x1,y1),B(x2,y2),因为=3,所以y1=-3y2.因为椭圆Γ的长轴长是短轴长的2倍,所以a=2b,设b=t,则a=2t,故c=t,所以+=1.设直线AB的方程为x=sy+t,代入上述椭圆方程,得(s2+4)y2+2sty-t2=0,所以y1+y2=-,y1y2=-,即-2y2=-,-3y=-,得s2=,k=,故选D.]
4.(2020·深圳中学联考)已知椭圆C的焦点为F1(-1,0),F2(1,0),过F2的直线与C交于A,B两点.若,,则C的方程为( )
A.+y2=1
B.+=1
C.+=1
D.+=1
A [∵|AF2|=3|BF2|,∴|AB|=4|BF2|,
又|BF1|=5|BF2|,
又|BF1|+|BF2|=2a,
∴|BF2|=,
∴|AF2|=a,|BF1|=a,
∵|AF1|+|AF2|=2a,
∴|AF1|=a,
∴|AF1|=|AF2|,∴A在y轴上.
在Rt△AF2O中,cos∠AF2O=,
在△BF1F2中,由余弦定理可得
cos∠BF2F1=,
根据cos∠AF2O+cos∠BF2F1=0,可得
+=0,解得a2=2,
b2=a2-c2=2-1=1.
所以椭圆C的方程为+y2=1.故选A.]
5.设F1,F2分别是椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点,B为椭圆的下顶点,P为过点F1,F2,B的圆与椭圆C的一个交点,且PF1⊥F1F2,则的值为________.
[设过F1,F2,B三点的圆的圆心为M,
∵PF1⊥F1F2,∴
PF1是通径的一半,|PF1|=.
∵PF1是圆M中的一条弦,
∴根据圆的对称性可知圆心的坐标M
.
∵|MB|2=|MF1|2=R2,
∴+c2=,整理得ac2=b3+ab2,
∵c2=a2-b2,∴a(a2-b2)=b3+ab2,
整理得b2+ab-a2=0,
∴+-1=0,解得=(舍去负根).]
[教师备选]
1.(2020·华南师大附中、广雅中学等四校联考)F是双曲线C:-=1的右焦点,过点F向C的一条渐近线引垂线,垂足为A,交另一条渐近线于点B,若2=,则C的离心率是( )
A.
B.
C.
D.2
A [由题意得|AF|=b,|BF|=2b,|AB|=3b;|OA|=a,因为x轴是∠AOB的角平分线,由平分线性质,结合|OA|=a,得|OB|=2a,因此(2a)2=a2+(3b)2?a2=3b2=3(c2-a2)?e2=?e=,选A.]
2.已知椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,右顶点为A,上顶点为B,以线段F1A为直径的圆交线段F1B的延长线于点P,若F2B∥AP,则该椭圆的离心率是( )
A.
B.
C.
D.
D [因为点P在以线段F1A为直径的圆上,所以AP⊥PF1,
又因为F2B∥AP,所以F2B⊥BF1,
又因为|F2B|=|BF1|,所以△F1F2B是等腰直角三角形,
因为|OB|=b,|OF2|=c,
所以b=c,|F2B|2=c2+b2=a2=2c2,
所以该椭圆的离心率e==.]
3.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,右顶点为A,以A为圆心,OA(O为坐标原点)为半径的圆与双曲线C在第一象限的交点为P,若PF2⊥PA,且|PF1|=2|PF2|,则双曲线C的离心率为( )
A.1+
B.1+
C.
D.
A [由题意可得|OA|=a,|AF2|=c-a,
因为PF2⊥PA,
所以|PF2|==.
又因为点P在双曲线的右支上,
所以|PF1|-|PF2|=2a.
因为|PF1|=2|PF2|,
所以|PF2|=2a,
因此=2a,即c2-2ac=4a2,
所以e2-2e-4=0,解得e=1±,
因为e>1,所以e=1+.]
4.已知直线x+y=1与椭圆+=1(a>b>0)交于P,Q两点,且OP⊥OQ(其中O为坐标原点),若椭圆的离心率e满足≤e≤,则椭圆长轴的取值范围是( )
A.[,]
B.
C.
D.
A [联立
得(a2+b2)x2-2a2x+a2-a2b2=0,
设P(x1,y1),Q(x2,y2),
Δ=4a4-4(a2+b2)(a2-a2b2)>0,化为a2+b2>1.
x1+x2=,x1x2=.
∵OP⊥OQ,
∴x1x2+y1y2=x1x2+(x1-1)(x2-1)=2x1x2-(x1+x2)+1=0,
∴2×-+1=0.
化为a2+b2=2a2b2.∴b2=.
∵椭圆的离心率e满足≤e≤,
∴≤e2≤,
∴≤≤,≤1-≤,
化为5≤4a2≤6,
解得
≤2a≤.
满足Δ>0.
∴椭圆长轴的取值范围是[,].]
5.(2020·武汉模拟)已知曲线C1:+=1(a1>b>0)与曲线C2:-=1(a2>0)有公共焦点,过它们的右焦点F作x轴的垂线与曲线C1,C2在第一象限分别交于点M,N.若=(O为坐标原点),则C1与C2的离心率之比为( )
A.
B.
C.
D.
A [设曲线C1,C2的右焦点F(c,0),则c2=a-b2=a+b2,因为=(O为坐标原点),可得=,又MN是过右焦点F且垂直x轴的直线与两条曲线在第一象限的交点,
所以|FM|=,|FN|=,∴3×=2×,∴=,∴==.故选A.]
6.(2020·福建二模)已知圆M的圆心为双曲线C:-=1(a>0,b>0)虚轴的一个端点,半径为a+b,若圆M截直线l:y=kx所得的弦长的最小值为2b,则C的离心率为( )
A.
B.
C.
D.2
C [由题意知,当l⊥y轴时,圆M截直线y=kx所得弦AB的长最小,
此时|OA|=b,|OM|=b,|MA|==2b,又圆M的半径|MA|=a+b,∴2b=a+b,即a=b,
∴c==a,
则双曲线的离心率e==.故选C.]
8.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左右焦点分别为F1,F2,过F1的直线与C的两条渐近线分别交于A、B两点,若以F1F2为直径的圆过点B,且A为F1B的中点,则C的离心率为( )
A.+1
B.2
C.
D.
B [如图,因为A为F1B的中点,所以=,
又因为B在圆上,所以·=0,故OA⊥F1B,
则F1B:y=(x+c),
联立解得B,
则OB2=2+2=c2,
整理得b2=3a2,
∴c2-a2=3a2,即4a2=c2,
∴=4,e==2.故选B.]
9.
已知椭圆+=1(a>b>0)的半焦距为c(c>0),左焦点为F,右顶点为A,抛物线y2=(a+c)x与椭圆交于B,C两点,若四边形ABFC是菱形,则椭圆的离心率是( )
A.
B.
C.
D.
D [由题意得A(a,0),F(-c,0),∵抛物线y2=(a+c)x与椭圆交于B,C两点,∴B,C两点关于x轴对称,可设B(m,n),C(m,-n),∵四边形ABFC是菱形,∴m=(a-c),将B(m,n)代入抛物线方程,得n2=(a+c)(a-c)=b2,
∴B,再代入椭圆方程,得eq
\f(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2)?a-c?)),a2)+eq
\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(15),4)b)),b2)=1,化简整理,得4e2-8e+3=0,解得e=,故答案为.]
10.在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C的焦点为F1(-2,0),F2(2,0),过F2的直线与椭圆C交于A,B两点.若AF2=3F2B,AB=BF1,则椭圆C的标准方程为________.
+=1 [在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C的焦点为F1(-2,0),F2(2,0),
过F2的直线与椭圆C交于A,B两点.若AF2=3F2B,AB=BF1,
设F2B=x,则AF2=3x,AB=BF1=4x,根据椭圆的定义,整理得AF1=2x,
由于△AF1B为等腰三角形,所以cos∠F1AF2=,
利用余弦定理F1F=16=AF+AF-2·AF1·AF2cos∠F1AF2,
整理得16=4x2+9x2-2·2x·3x·,
解得x2==,
故x=,
所以2a=5x=5,
解得a=,由于c=2,所以b=,
所以椭圆的方程为+=1.]
11.[一题两空]已知椭圆C1:+y2=1和双曲线C2:-y2=1(m>0).经过C1的左顶点A和上顶点B的直线与C2的渐近线在第一象限的交点为P,且|AB|=|BP|,则椭圆C1的离心率e1=__________________________;
双曲线C2的离心率e2=________.
[椭圆中a=2,b=1,所以c=,离心率为e1=,A(-2,0),B(0,1),直线AB的方程为y=x+1.
因为|AB|=|BP|,所以B为AP的中点,设P(x,y),
则
解得
即P(2,2),
双曲线的渐近线为y=x,点P在渐近线上,
所以2=×2,所以m=1.
双曲线中a=1,b=1,所以c=,离心率为e2=.]
12.[一题两空]如图,双曲线-=1(a>0,b>0)的两个顶点分别为A1,A2,虚轴两个端点分别为B1,B2,两个焦点分别为F1,F2.若以A1A2为直径的圆内切于菱形F1B1F2B2,切点分别为A,B,C,D,则
(1)双曲线的离心率e=__________;
(2)菱形F1B1F2B2的面积S1与矩形ABCD的面积S2的比值=__________.
(1) (2) [(1)由于以A1A2为直径的圆内切于菱形F1B1F2B2,因此点O到直线F2B2的距离为a.又由于虚轴两个端点分别为B1,B2,因此OB2的长为b.在△F2OB2中,由三角形的面积公式知
bc=a|B2F2|=a,
又c2=a2+b2,联立可得(e2-1)2=e2,
根据e∈(1,+∞),解得e=.
(2)设∠B2F2O=θ,则sin
θ=,cos
θ=,
则===,
∵b2=c2-a2,∴==e2-=.]
20/20