3.1.1第二课时 椭圆及其标准方程(二)

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名称 3.1.1第二课时 椭圆及其标准方程(二)
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文件大小 303.7KB
资源类型 试卷
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2026-02-27 00:00:00

文档简介

第二课时 椭圆及其标准方程(二)
课标要求
1.能灵活应用椭圆的定义及标准方程解决焦点三角形问题(直观想象、数学运算). 2.能熟练地求与椭圆有关的轨迹方程(逻辑推理、数学运算).
知识点|椭圆中的焦点三角形问题
问题 如图,在椭圆+=1(a>b>0)中,设F1,F2为椭圆的两个焦点,|F1F2|=2c,P(x0,y0)为椭圆上的任意一点,∠F1PF2=θ.
(1)△PF1F2的周长能用关于a,b,c的式子表示吗?
(2)△PF1F2的面积能用关于|PF1|,|PF2|及θ有关的式子表示吗?|F1F2|2呢?
【例1】 已知P为椭圆+=1上一点,F1,F2是椭圆的焦点,∠F1PF2=60°,求△F1PF2的面积.
变式 若将本例中“∠F1PF2=60°”变为“∠F1PF2=120°”,求△F1PF2的面积.
【规律方法】
 椭圆上的点P(x0,y0)(点P不在x轴上)与两焦点F1,F2构成的△PF1F2称为焦点三角形,解关于焦点三角形的问题时要充分利用椭圆的定义、正弦定理、余弦定理等知识.
  提醒:(1)=b2tan;(2)当P为椭圆与y轴的交点时,取得最大值为bc.
训练1 (1)设F1,F2分别是椭圆+=1的左、右焦点,P是椭圆上一点,且|PF1|∶|PF2|=4∶3,则∠F1PF2=(  )
A.30°  B.45° C.60°  D.90°
(2)已知椭圆C:+=1的左焦点为F,A,B是C上关于原点对称的两点,且∠AFB=90°,则△ABF的周长为    .
提能点|与椭圆有关的轨迹问题
角度1 定义法求轨迹方程
【例2】 一动圆P与圆A:(x+1)2+y2=1外切,而与圆B:(x-1)2+y2=16内切,那么动圆的圆心P的轨迹方程是(  )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
角度2 相关点法(代入法)求轨迹方程
【例3】 已知P是圆O:x2+y2=4上一动点,点P在x轴上的射影是点D,点M满足=,则动点M的轨迹方程为    .
角度3 直接法求轨迹方程
【例4】 已知△ABC的两个顶点分别是B(0,6)和C(0,-6),边AB,AC所在直线的斜率的乘积是-,求顶点A的轨迹方程.
【规律方法】
 求与椭圆有关的轨迹方程的常用方法
(1)定义法:若动点的轨迹特点符合某一基本轨迹(如椭圆、圆等)的定义,则可用定义法直接求解;
(2)相关点法(代入法):根据相关点所满足的方程,通过转换求出动点的轨迹方程;
(3)直接法:将动点满足的几何条件或者等量关系直接坐标化,列出等式后化简,得出动点的轨迹方程.
训练2 (1)点M与定点F(1,0)的距离和它到定直线x=4的距离的比为1∶2,则点M的轨迹方程为(  )
A.+y2=1      B.+=1
C.+=1 D.+=1
(2)已知椭圆x2+=1上一点P,过点P作PD⊥x轴于点D,E为线段PD的中点,则点E的轨迹方程为()
A.y=2 B.x2+y2=1
C.(x-1)2+(y+2)2=1 D.+y2=1
(3)已知动圆M过定点A(-3,0),并且在定圆B:(x-3)2+y2=64的内部与其相内切,则动圆圆心M的轨迹方程是    .
1.已知F1,F2为两定点,|F1F2|=4,动点M满足|MF1|+|MF2|=6,则动点M的轨迹是(  )
A.椭圆  B.直线 C.圆  D.线段
2.设点P为椭圆C:+=1(a>2)上一点,F1,F2分别为C的左、右焦点,且∠F1PF2=60°,则△PF1F2的面积为    .
3.已知椭圆+=1的左、右焦点分别为F1,F2,点P在椭圆上.若|PF1|=4,则|PF2|=    ,∠F1PF2=    .
4.若线段AB的两个端点分别在x轴,y轴上滑动,|AB|=6,点M是线段AB上一点,且|AM|=2,求动点M的轨迹方程.
课堂小结
1.理清单 (1)椭圆中焦点三角形的周长与面积等问题; (2)与椭圆有关的轨迹问题. 2.应体会 解决椭圆中的焦点三角形及与椭圆有关的轨迹问题时,注意数形结合思想、转化与化归思想、函数与方程思想的应用. 3.避易错 求动点轨迹方程时,要注意特殊点、位置的取舍.
提示:完成课后作业 第三章 3.1 3.1.1 第二课时
2 / 2第二课时 椭圆及其标准方程(二)
课标要求
1.能灵活应用椭圆的定义及标准方程解决焦点三角形问题(直观想象、数学运算). 2.能熟练地求与椭圆有关的轨迹方程(逻辑推理、数学运算).
知识点|椭圆中的焦点三角形问题
问题 如图,在椭圆+=1(a>b>0)中,设F1,F2为椭圆的两个焦点,|F1F2|=2c,P(x0,y0)为椭圆上的任意一点,∠F1PF2=θ.
(1)△PF1F2的周长能用关于a,b,c的式子表示吗?
提示:能.△PF1F2的周长l=2a+2c.
(2)△PF1F2的面积能用关于|PF1|,|PF2|及θ有关的式子表示吗?|F1F2|2呢?
提示:能.由正弦定理,知=|PF1|·|PF2|sin θ.
由余弦定理得,|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|cos θ.
【例1】已知P为椭圆+=1上一点,F1,F2是椭圆的焦点,∠F1PF2=60°,求△F1PF2的面积.
解:由题意知,c=3,所以|F1F2|=6.
在△F1PF2中,
|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|·cos 60°.
即36=|PF1|2+|PF2|2-|PF1|·|PF2|. ①
由椭圆定义得|PF1|+|PF2|=4.
即48=|PF1|2+|PF2|2+2|PF1|·|PF2|. ②
由①②得|PF1|·|PF2|=4,
所以=|PF1|·|PF2|sin 60°=.
变式 若将本例中“∠F1PF2=60°”变为“∠F1PF2=120°”,求△F1PF2的面积.
解:当P为椭圆与y轴的交点时,由于|PF1|=|PF2|=a=2,|OP|=.
所以∠PF1F2=∠PF2F1=30°,此时满足∠F1PF2=120°,
所以=|F1F2|·|OP|=×2cb=3.
【规律方法】
 椭圆上的点P(x0,y0)(点P不在x轴上)与两焦点F1,F2构成的△PF1F2称为焦点三角形,解关于焦点三角形的问题时要充分利用椭圆的定义、正弦定理、余弦定理等知识.
提醒:(1)=b2tan;(2)当P为椭圆与y轴的交点时,取得最大值为bc.
训练1 (1)设F1,F2分别是椭圆+=1的左、右焦点,P是椭圆上一点,且|PF1|∶|PF2|=4∶3,则∠F1PF2=( D )
A.30° B.45°
C.60° D.90°
解析:因为|PF1|∶|PF2|=4∶3,所以可设|PF1|=4k,|PF2|=3k.则3k+4k=2a=14,所以k=2,所以|PF1|=8,|PF2|=6,因为|F1F2|=10,|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2,所以∠F1PF2=90°.故选D.
(2)已知椭圆C:+=1的左焦点为F,A,B是C上关于原点对称的两点,且∠AFB=90°,则△ABF的周长为14.
解析:设椭圆的右焦点为F1,连接AF1,BF1,易知∠AF1B=90°,即四边形AFBF1为矩形,所以|BF|=|AF1|,|AB|=|FF1|=2c=2=6,由椭圆的定义可得|AF|+|AF1|=2a=8,所以|AF|+|BF|=8,所以△ABF的周长为|AF|+|BF|+|AB|=8+6=14.
提能点|与椭圆有关的轨迹问题
角度1 定义法求轨迹方程
【例2】一动圆P与圆A:(x+1)2+y2=1外切,而与圆B:(x-1)2+y2=16内切,那么动圆的圆心P的轨迹方程是(  )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
解析:B 设动圆P的半径为r,又圆A:(x+1)2+y2=1的半径为1,圆B:(x-1)2+y2=16的半径为4,则|PA|=r+1,|PB|=4-r,可得|PA|+|PB|=5,又5>2=|AB|,则动圆的圆心P的轨迹是以A,B为焦点,与A,B的距离的和为5的椭圆.a=,c=1,b=,故所求轨迹方程为+=1.故选B.
角度2 相关点法(代入法)求轨迹方程
【例3】已知P是圆O:x2+y2=4上一动点,点P在x轴上的射影是点D,点M满足=,则动点M的轨迹方程为+y2=1.
解析:设M(x,y),P(x1,y1),则D(x1,0),由=,得(x-x1,y)=(0,y1),即x1=x,y1=2y,因为点P在圆x2+y2=4上,所以x2+4y2=4,故动点M的轨迹方程为+y2=1.
角度3 直接法求轨迹方程
【例4】 已知△ABC的两个顶点分别是B(0,6)和C(0,-6),边AB,AC所在直线的斜率的乘积是-,求顶点A的轨迹方程.
解:设顶点A(x,y),
则kAB=,kAC=.
由题意得·=-,
化简可得顶点A的轨迹方程为+=1(x≠0).
【规律方法】
 求与椭圆有关的轨迹方程的常用方法
(1)定义法:若动点的轨迹特点符合某一基本轨迹(如椭圆、圆等)的定义,则可用定义法直接求解;
(2)相关点法(代入法):根据相关点所满足的方程,通过转换求出动点的轨迹方程;
(3)直接法:将动点满足的几何条件或者等量关系直接坐标化,列出等式后化简,得出动点的轨迹方程.
训练2 (1)点M与定点F(1,0)的距离和它到定直线x=4的距离的比为1∶2,则点M的轨迹方程为( C )
A.+y2=1     B.+=1
C.+=1 D.+=1
解析:设M(x,y),由题意得=,即4(x-1)2+4y2=(x-4)2,整理得+=1.
(2)已知椭圆x2+=1上一点P,过点P作PD⊥x轴于点D,E为线段PD的中点,则点E的轨迹方程为( B )
A.y=2 B.x2+y2=1
C.(x-1)2+(y+2)2=1 D.+y2=1
解析:设点E的坐标为(x,y),点P的坐标为(x0,y0),则点D的坐标为(x0,0),即因为点P(x0,y0)在椭圆x2+=1上,所以x2+=1,即x2+y2=1.所以点E的轨迹方程是x2+y2=1.
(3)已知动圆M过定点A(-3,0),并且在定圆B:(x-3)2+y2=64的内部与其相内切,则动圆圆心M的轨迹方程是+=1.
解析:设动圆M和定圆B内切于点C,动圆圆心M到定点A(-3,0),定圆B的圆心B(3,0)的距离之和恰好等于定圆B的半径长,即|MA|+|MB|=|MC|+|MB|=|BC|=8.所以动圆圆心M的轨迹是以A,B为焦点的椭圆,并且2a=8,2c=6,所以b==.所以动圆圆心M的轨迹方程是+=1.
1.已知F1,F2为两定点,|F1F2|=4,动点M满足|MF1|+|MF2|=6,则动点M的轨迹是(  )
A.椭圆 B.直线
C.圆 D.线段
解析:A 因为|MF1|+|MF2|=6>|F1F2|,所以动点M的轨迹是椭圆.故选A.
2.设点P为椭圆C:+=1(a>2)上一点,F1,F2分别为C的左、右焦点,且∠F1PF2=60°,则△PF1F2的面积为.
解析:由题意得b2=4,∠F1PF2=60°,∴=4×tan 30°=.
3.已知椭圆+=1的左、右焦点分别为F1,F2,点P在椭圆上.若|PF1|=4,则|PF2|=2,∠F1PF2=120°.
解析:∵|PF1|+|PF2|=2a=6,∴|PF2|=6-|PF1|=2.在△F1PF2中,由余弦定理得cos∠F1PF2===-,∴∠F1PF2=120°.
4.若线段AB的两个端点分别在x轴,y轴上滑动,|AB|=6,点M是线段AB上一点,且|AM|=2,求动点M的轨迹方程.
解:设M(x,y),A(xA,0),B(0,yB).
如图,由|AB|=6,|AM|=2,得=,则(x-xA,y)=(-xA,yB),
即得
又+=36,则动点M的轨迹方程为+=1.
课堂小结
1.理清单 (1)椭圆中焦点三角形的周长与面积等问题; (2)与椭圆有关的轨迹问题. 2.应体会 解决椭圆中的焦点三角形及与椭圆有关的轨迹问题时,注意数形结合思想、转化与化归思想、函数与方程思想的应用. 3.避易错 求动点轨迹方程时,要注意特殊点、位置的取舍.
1.已知△ABC的周长为12,B(0,-2),C(0,2),则顶点A的轨迹方程为(  )
A.+=1(x≠0) B.+=1(y≠0)
C.+=1(x≠0) D.+=1(y≠0)
解析:A ∵△ABC的周长为12,顶点B(0,-2),C(0,2),∴|BC|=4,|AB|+|AC|=12-4=8,∴点A到两个定点的距离之和等于定值,又8>4,∴点A的轨迹是椭圆,且a=4,c=2,∴b2=12,∴椭圆的方程为+=1(x≠0).
2.已知F1,F2是椭圆+=1的两焦点,过点F2的直线交椭圆于A,B两点,若|AB|=5,则|AF1|+|BF1|=(  )
A.9 B.10
C.11 D.12
解析:C 根据椭圆定义,|AF1|+|AF2|=2a=8,|BF1|+|BF2|=2a=8,所以△AF1B的周长为|AF1|+|BF1|+|AB|=16,所以|AF1|+|BF1|=16-|AB|=11.
3.已知F1,F2分别是椭圆C:+=1的左、右焦点,M是椭圆C上一点,且MF1⊥F1F2,则cos∠F1MF2=(  )
A. B.
C. D.
解析:A 由椭圆的方程,得F1(-,0),F2(,0),因为MF1⊥F1F2,所以设M(-,y0),又M(-,y0)在椭圆C上,所以+=1,解得|y0|=,即|MF1|=,|MF2|=6-|MF1|=,所以cos∠F1MF2==.故选A.
4.已知点P是椭圆+=1上一点,椭圆的左、右焦点分别为F1,F2,且cos∠F1PF2=,则△PF1F2的面积为(  )
A.6 B.12
C. D.2
解析:C 由椭圆+=1,得a=5,b=3,c=4.设|PF1|=m,|PF2|=n,所以m+n=10,在△PF1F2中,由余弦定理可得:(2c)2=m2+n2-2mn·cos∠F1PF2=(m+n)2-2mn-2mn·,可得64=100-mn,得mn=,故=mn·sin∠F1PF2=××=.故选C.
5.设F1,F2为椭圆+=1的两个焦点,点P为椭圆上一点,已知点P,F1,F2是一个直角三角形的三个顶点,且|PF1|>|PF2|,则=(  )
A.2 B.3
C.2或 D.3或
解析:C 若∠PF2F1=90°,则|PF1|2=|PF2|2+|F1F2|2,又|PF1|+|PF2|=6,|F1F2|=2,解得|PF1|=,|PF2|=,∴=.若∠F1PF2=90°,则|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2,∴|PF1|2+(6-|PF1|)2=20,又|PF1|>|PF2|,∴|PF1|=4,|PF2|=2,∴=2.综上知,=或2.故选C.
6.〔多选〕已知F1,F2为椭圆C的两个焦点,椭圆C上存在点P,使得∠F1PF2=90°,则椭圆C的方程可以是(  )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
解析:ACD 结合选项可设椭圆方程为+=1(a>b>0),并设椭圆与y轴正半轴的交点为B.若椭圆C上存在点P,使得∠F1PF2=90°,则需∠F1BF2≥90°,∴|BF1|2+|BF2|2≤|F1F2|2,即a2+a2≤4c2.又c2=a2-b2,∴a2≥2b2,检验可得选项A、C、D满足.故选A、C、D.
7.〔多选〕设F1,F2是椭圆+=1的两个焦点,P是椭圆上一点,且|PF1|-|PF2|=2.则下列说法中正确的是(  )
A.|PF1|=5,|PF2|=3
B.△PF1F2为直角三角形
C.△PF1F2的面积为6
D.△PF1F2的面积为12
解析:ABC 由+=1,得a2=16,b2=12,则a=4,b=2,c==2,因为P是椭圆上一点,所以|PF1|+|PF2|=2a=8,因为|PF1|-|PF2|=2,所以|PF1|=5,|PF2|=3,所以A正确;对于B,因为|F1F2|=2c=4,所以|PF2|2+|F1F2|2=|PF1|2,所以△PF1F2为直角三角形,所以B正确;对于C、D,因为△PF1F2为直角三角形,PF2⊥F1F2,所以=×3×4=6,所以C正确,D错误.故选A、B、C.
8.已知定点M(4,0),N(1,0),动点P满足·=6||.设点P的轨迹为E,则轨迹E的方程为+=1.
解析:设动点P(x,y),则=(x-4,y),=(-3,0),=(1-x,-y).又∵·=6||,∴-3(x-4)=6.化简得3x2+4y2=12,即+=1,∴轨迹E的方程为+=1.
9.已知椭圆+=1的左、右焦点分别为F1,F2,若在椭圆上存在点P使得PF1⊥PF2,且△PF1F2的面积是2,则a=.
解析:根据椭圆定义知|PF1|+|PF2|=2a,由PF1⊥PF2,得△PF1F2为直角三角形,∴|PF1|2+|PF2|2=(2c)2,又∵△PF1F2的面积为2,∴·|PF1|·|PF2|=2,则|PF1|·|PF2|=4,∴(2a)2=(|PF1|+|PF2|)2=|PF1|2+|PF2|2+2|PF1|·|PF2|=4c2+8,可得a2-c2=2=b2,由+=1可得b2=a2-4,∴a2-4=2,解得a=.
10.已知A,B两点的坐标分别是(-1,0),(1,0),直线AM,BM相交于点M,且它们的斜率之积为m(m<0),求点M的轨迹方程并判断其轨迹的形状.
解:设点M的坐标为(x,y),因为点A的坐标是(-1,0),
所以直线AM的斜率为kAM=(x≠-1).
同理,直线BM的斜率为kBM=(x≠1).
由已知,有×=m(x≠±1),
化简得点M的轨迹方程为x2+=1(x≠±1).
当m=-1时,M的轨迹方程为x2+y2=1(x≠±1),M的轨迹是单位圆去掉两个点(±1,0).
当-1<m<0时,M的轨迹为焦点在x轴上的椭圆去掉两个点(±1,0).
当m<-1时,M的轨迹为焦点在y轴上的椭圆去掉两个点(±1,0).
11.设P是椭圆+=1上一点,M,N分别是圆A:(x+4)2+y2=1和圆B:(x-4)2+y2=1上的点,则|PM|+|PN|的最小值、最大值分别为(  )
A.9,12 B.8,11
C.8,12 D.10,12
解析:C 如图,由椭圆及圆的方程可知两圆圆心分别为椭圆的两个焦点,由椭圆的定义知|PA|+|PB|=2a=10,连接PA,PB,分别与左、右两圆相交于M,N两点,设r为两圆的半径,此时|PM|+|PN|最小,最小值为|PA|+|PB|-2r=8.延长PA,PB,分别与左、右两圆相交于M',N'两点,此时|PM|+|PN|最大,最大值为|PA|+|PB|+2r=12,即最小值和最大值分别为8,12.
12.〔多选〕已知F1,F2分别是椭圆C:+=1的左、右焦点,P为异于椭圆C与x轴的两个交点的动点,则下列结论正确的是(  )
A.△PF1F2的周长为10
B.△PF1F2的面积的最大值为2
C.当∠F1PF2=60°时,△PF1F2的面积为
D.存在点P使得·=0
解析:AB 由椭圆C:+=1的方程可得a=3,b=,c=2,△PF1F2的周长为2a+2c=10,故A正确;当点P位于y轴与椭圆C的交点时,△PF1F2的面积最大,最大值为×2c×b=2,故B正确;当∠F1PF2=60°时,由余弦定理可得|PF1|2+|PF2|2-|PF1|·|PF2|=16,所以(|PF1|+|PF2|)2-3|PF1|·|PF2|=16,所以(2a)2-3|PF1|·|PF2|=16,可得|PF1|·|PF2|=,所以△PF1F2的面积为|PF1|·|PF2|·sin 60°=,故C错误;设P(x0,y0),则+=1,由·=0可得+=4,从而=-,=不成立,故D错误.故选A、B.
13.已知圆C:(x-2)2+y2=64,F(-2,0)为圆内一点,将圆折起使得圆周过点F(如图),然后将纸片展开,得到一条折痕l,这样继续下去将会得到若干折痕,观察这些折痕围成的轮廓是一条圆锥曲线,则该圆锥曲线的方程为+=1.
解析:由题知,F(-2,0),C(2,0),记点F关于折痕l的对称点为A,折痕l与AC相交于点P,则点A在圆周上,折痕l为线段AF的垂直平分线,如图所示,则有|PA|=|PF|,可知|PF|+|PC|=|PA|+|PC|=|AC|=8>|FC|=4,所以点P的轨迹是以F,C为左、右焦点的椭圆,其中2a=8,2c=4,所以a=4,c=2,b=2,所以点P的轨迹方程,即折痕围成轮廓的圆锥曲线的方程为+=1.
14.已知椭圆M与椭圆N:+=1有相同的焦点,且椭圆M过点(-1,).
(1)求椭圆的标准方程;
(2)设椭圆M的左、右焦点分别为F1,F2,点P在椭圆M上,且△PF1F2的面积为1,求点P的坐标.
解:(1)由题意,知椭圆N的焦点为(-2,0),(2,0),
设椭圆M的方程为+=1(a>b>0),则化简并整理得5b4+11b2-16=0,故b2=1或b2=-(舍去),a2=5,
故椭圆M的标准方程为+y2=1.
(2)由(1)知F1(-2,0),F2(2,0),设P(x0,y0),则△PF1F2的面积为×4×|y0|=1,解得y0=±.又+=1,所以=,x0=±,
所以点P有4个,它们的坐标分别为(,),(-,),(,-),(-,-).
15.设F1,F2分别是椭圆+y2=1的左、右焦点,B为椭圆上的点且坐标为(0,-1).
(1)若P是该椭圆上的一个动点,求|PF1|·|PF2|的最大值;
(2)若C为椭圆上异于B的一点,且=λ,求实数λ的值.
解:(1)因为椭圆的方程为+y2=1,所以a=2,b=1,c=,又因为|PF1|+|PF2|=2a=4,所以|PF1|·|PF2|≤()2=()2=4,当且仅当|PF1|=|PF2|=2时取等号,所以|PF1|·|PF2|的最大值为4.
(2)设C(x0,y0),因为B(0,-1),F1(-,0),所以=(-,1),=(--x0,-y0).因为=λ,即(-,1)=λ(--x0,-y0),得x0=,y0=-.
又+=1,所以有λ2+6λ-7=0,解得λ=-7或λ=1.因为C异于B点,故λ=1舍去,所以λ=-7.
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