第2课时 椭圆的简单几何性质
[核心必知]
1.预习教材,问题导入
根据以下提纲,预习教材P37~P40“探究”的内容,回答下列问题.
观察教材P38-图2.1-7,思考以下问题:
(1)椭圆+=1(a>b>0)中x,y的取值范围各是什么?
提示:-a≤x≤a,-b≤y≤b.
(2)椭圆+=1(a>b>0)的对称轴和对称中心各是什么?
提示:对称轴为x轴和y轴,对称中心为坐标原点(0,0).
(3)椭圆+=1(a>b>0)与坐标轴的交点坐标是什么?
提示:与x轴的交点坐标为(±a,0),与y轴的交点坐标为(0,±b).
(4)椭圆的长轴和短轴分别对应图中的哪些线段?
提示:长轴为A1A2,短轴为B1B2.
(5)椭圆的离心率是什么?用什么符号表示?其取值范围是什么?
提示:离心率e=;0
(6)如果保持椭圆的长半轴长a不变,改变椭圆的短半轴长b的值,你发现b的变化与椭圆的扁圆程度有什么关系?
提示:b越大,椭圆越圆;b越小,椭圆越扁.
(7)根据离心率的定义及椭圆中a,b,c的关系可知,
e====,所以e越接近于1,则c越接近于a,从而b=就越小;e越接近于0,则c越接近于0,从而b越接近于a.那么e的大小与椭圆的扁圆程度有什么关系?
提示:e越大,椭圆越扁;e越小,椭圆越圆.
2.归纳总结,核心必记
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
图形
焦点
的位置
焦点在x轴上
焦点在y轴上
范围
-a≤x≤a且-b≤y≤b
-b≤x≤b且-a≤y≤a
标准
方程
+=1(a>b>0)
+=1(a>b>0)
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=2b,长轴长=2a
焦点
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
焦距
|F1F2|=2c
对称性
对称轴x轴和y轴,对称中心(0,0)
离心率
e=(0[问题思考]
(1)借助椭圆图形分析,你认为椭圆上到对称中心距离最近和最远的点各是哪些?
提示:短轴端点B1和B2到中心O的距离最近;长轴端点A1和A2到中心O的距离最远.
(2)借助椭圆图形分析,你认为椭圆上的点到焦点距离的最大值和最小值各是何值?
提示:点(a,0),(-a,0)与焦点F1(-c,0)的距离分别是椭圆上的点与焦点F1的最大距离和最小距离,分别为a+c和a-c.
(3)如何用a,b表示离心率?
提示:由e=得e2==,
∴e= .∴e= .
[课前反思]
(1)椭圆的几何性质: ;
(2)椭圆的离心率与椭圆的扁圆程度的关系是:
.
知识点1
由椭圆的标准方程研究几何性质
?讲一讲
1.求椭圆4x2+9y2=36的长轴长和焦距、焦点坐标、顶点坐标和离心率.
[尝试解答] 将椭圆方程变形为+=1,
∴a=3,b=2.∴c===.
∴椭圆的长轴长和焦距分别为2a=6,2c=2,
焦点坐标为F1(-,0),F2(,0),
顶点坐标为A1(-3,0),A2(3,0),B1(0,-2),B2(0,2),离心率e==.
类题·通法
解决此类问题的方法是将所给方程先化为标准形式,然后根据方程判断出椭圆的焦点在哪个坐标轴上,再利用a,b,c之间的关系和定义,求椭圆的基本量.
?练一练
1.求椭圆m2x2+4m2y2=1(m>0)的长轴长、短轴长、焦点坐标、顶点坐标和离心率.
解:椭圆的方程m2x2+4m2y2=1(m>0),
可转化为+=1.
∵m2<4m2,
∴>,
∴椭圆的焦点在x轴上,并且长半轴长a=,短半轴长b=,半焦距长c=.
∴椭圆的长轴长2a=,短轴长2b=,
焦点坐标为,,
顶点坐标为,,,.
离心率e===.
知识点2
由椭圆的几何性质求方程
?讲一讲
2.求适合下列条件的椭圆的标准方程.
(1)长轴长是短轴长的5倍,且过点A(5,0);
(2)离心率e=,焦距为12.
[尝试解答] (1)若椭圆焦点在x轴上,设其标准方程为+=1(a>b>0),由题意得解得
故所求椭圆的标准方程为+y2=1;
若焦点在y轴上,设其标准方程为+=1(a>b>0),
由题意,得解得
故所求椭圆的标准方程为+=1.
综上所述,所求椭圆的标准方程为+y2=1或+=1.
(2)由e==,2c=12,
得a=10,c=6,
∴b2=a2-c2=64.
当焦点在x轴上时,所求椭圆的标准方程为+=1;
当焦点在y轴上时,所求椭圆的标准方程为+=1.
综上所述,所求椭圆的标准方程为+=1或+=1.
类题·通法
(1)根据椭圆的几何性质求标准方程,通常采用待定系数法,其步骤仍然是“先定型,后计算”,即首先确定焦点位置,其次根据已知条件构造关于参数的关系式,利用方程(组)求得参数.
(2)在求椭圆方程时,要注意根据题目条件判断焦点所在的坐标轴,从而确定方程的形式,若不能确定焦点所在的坐标轴,则应进行讨论.一般地,已知椭圆的焦点坐标时,可以确定其所在的坐标轴;而已知椭圆的离心率、长轴长、短轴长、焦距时,则不能确定焦点的位置,这时应对两种情况分别求解并进行取舍.
?练一练
2.求满足下列条件的椭圆的标准方程.
(1)长轴长是短轴长的2倍,且经过点A(2,3);
(2)短轴一个端点与两焦点组成一个正三角形,且焦点到同侧顶点的距离为.
解:(1)若椭圆的焦点在x轴上,
设标准方程为+=1(b>0),
∵椭圆过点A(2,3),∴+=1,b2=10.
∴方程为+=1.
若椭圆的焦点在y轴上.
设椭圆方程为+=1(b>0),
∵椭圆过点A(2,3),∴+=1,b2=.
∴方程为+=1.
综上所述,椭圆的标准方程为+=1或+=1.
(2)由已知
∴从而b2=9,
∴所求椭圆的标准方程为+=1或+=1.
知识点3
求椭圆的离心率
?讲一讲
3.(1)已知椭圆的焦距不小于短轴长,求椭圆的离心率的取值范围.
(2)椭圆+=1(a>b>0)的半焦距为c,若直线y=2x与椭圆一个交点的横坐标恰为c,求椭圆的离心率.
[尝试解答] (1)依题意可得2c≥2b,即c≥b.
所以c2≥b2,从而c2≥a2-c2,
即2c2≥a2,e2=≥,所以e≥.
又因为0所以椭圆离心率的取值范围是.
(2)如图所示,设直线y=2x与椭圆的一个交点为P,
则点P横坐标为c,连接PF1,PF2,则|PF1|=2c.
因为△PF1F2为直角三角形,|F1F2|=2c,
所以|PF2|=2c.
根据椭圆定义,得|PF1|+|PF2|=2a,
即2c+2c=2a,
所以(+1)c=a,故e===-1.
类题·通法
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=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=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.
?练一练
3.如图,已知F1为椭圆的左焦点,A,B分别为椭圆的右顶点和上顶点,P为椭圆上的一点,当PF1⊥F1A,PO∥AB(O为椭圆的中心)时,求椭圆的离心率.
解:由已知可设椭圆的标准方程为+=1(a>b>0),则由题意可知P.∵△PF1O ∽△BOA,∴=.∴=,即b=c,∴a2=2c2,∴e==.
——————————[课堂归纳·感悟提升]——————————
1.本节课的重点是椭圆的几何性质及椭圆离心率的求法,难点是求椭圆的离心率.
2.由椭圆的几何性质求标准方程时易忽视椭圆的焦点位置,这也是本节课的易错点.
3.本节课要重点掌握的规律方法
(1)已知椭圆的方程讨论性质时,若不是标准形式,应先化成标准形式,见讲1.
(2)根据椭圆的几何性质,可以求椭圆的标准方程,其基本思路是“先定型,再定量”,常用的方法是待定系数法,见讲2.
(3)求椭圆的离心率要注意函数与方程的思想、数形结合思想的应用,见讲3.
课下能力提升(七)
[学业水平达标练]
题组1 由椭圆的标准方程研究几何性质
1.已知椭圆C1:+=1,C2:+=1,则C1与C2的( )
A.顶点相同 B.长轴长相等
C.短轴长相等 D.焦距相等
解析:选D 由两个椭圆的标准方程,可知C1的顶点坐标为(±2,0),(0,±2),长轴长为4,短轴长为4,焦距为4;C2的顶点坐标为(±4,0),(0,±2), 长轴长为8,短轴长为4,焦距为4,故选D.
2.椭圆以两条坐标轴为对称轴,一个顶点是(0,13),另一个顶点是(-10,0),则焦点坐标为( )
A.(±13,0) B.(0,±10)
C.(0,±13) D.(0,±)
解析:选D 由题意知,其焦点在y轴上,且a=13,b=10,则c==.
3.过椭圆+=1的焦点的最长弦和最短弦的长分别为( )
A.8,6 B.4,3
C.2, D.4,2
解析:选B 过椭圆焦点的最长弦为长轴,其长度为2a=4;最短弦为垂直于长轴的弦,因为c=1,将x=1代入+=1,得+=1,解得y2=,即y=±,所以最短弦的长为2×=3.故选B.
题组2 由椭圆的几何性质求标准方程
4.中心在原点,焦点在x轴上,若长轴长为18,且两个焦点恰好将长轴3等分,则此椭圆的方程是( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
解析:选A 因为2a=18,2c=×2a=6,所以a=9,c=3,b2=81-9=72.
5.已知椭圆+=1,长轴在y轴上.若焦距为4,则m等于( )
A.4 B.5
C.7 D.8
解析:选D 由题意得m-2>10-m且10-m>0,于是66.已知椭圆G的中心在坐标原点,长轴在x轴上,离心率为,两个焦点分别为F1和F2,椭圆G上一点到F1和F2的距离之和为12.则椭圆G的方程为________________.
解析:依题意可设椭圆G的方程为+=1,a>b>0,
半焦距为c,
∵椭圆G的离心为率为,
∴=?c=a.
∵椭圆G上一点到F1和F2的距离之和为12,
∴2a=12?a=6.
∴c=3,b==3,
∴椭圆G的方程为+=1.
答案:+=1
题组3 椭圆的离心率
7.椭圆的短半轴长为3,焦点到长轴的一个端点的距离等于9,则椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
解析:选C 由题意,得或
当a-c=9时,由b2=9得a2-c2=9=(a-c)(a+c),
a+c=1,则a=5,c=-4(不合题意).
当a+c=9时,解得故e=.
8.已知椭圆+=1(a>b>0),A,B分别为椭圆的左顶点和上顶点,F为右焦点,且AB⊥BF,则椭圆的离心率为( )
A. B.
C. D.
解析:选D 在Rt△ABF中,|AB|=,|BF|=a,|AF|=a+c,由|AB|2+|BF|2=|AF|2,得a2+b2+a2=(a+c)2.将b2=a2-c2代入,得a2-ac-c2=0,即e2+e-1=0,解得e=,因为e>0,所以e=.故选D.
9.A为y轴上一点,F1,F2是椭圆的两个焦点,△AF1F2为正三角形,且AF1的中点B恰好在椭圆上,求此椭圆的离心率.
解:如图,连接BF2.∵△AF1F2为正三角形,且B为线段AF1的中点,∴F2B⊥AF1.又∵∠BF2F1=30°,|F1F2|=2c,∴|BF1|=c,|BF2|=c,
根据椭圆定义得|BF1|+|BF2|=2a,
即c+c=2a,∴=-1.
∴椭圆的离心率e为-1.
[能力提升综合练]
1.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右顶点分别为A1,A2,且以线段A1A2为直径的圆与直线bx-ay+2ab=0相切,则C的离心率为( )
A. B. C. D.
解析:选A 以线段A1A2为直径的圆的方程为x2+y2=a2,由原点到直线bx-ay+2ab=0的距离d==a,得a2=3b2,所以C的离心率e= =.
2.过椭圆+=1(a>b>0)的左焦点F1作x轴的垂线交椭圆于点P,F2为右焦点,若∠F1PF2=60°,则椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
解析:选B 记|F1F2|=2c,则由题设条件,知|PF1|=,|PF2|=,则椭圆的离心率e====.
3.已知椭圆+=1(a>b>0)的左焦点为F,右顶点为A,点B在椭圆上,且BF⊥x轴,直线AB交y轴于点P.若=2,则椭圆的离心率是( )
A. B. C. D.
解析:选D ∵=2,∴| |=2||.
又∵PO∥BF,∴==,
即=,∴e==.
4.已知F1(-c,0),F2(c,0)为椭圆+=1的两个焦点,P(不在x轴上)为椭圆上一点,且满足·=c2,则椭圆离心率的取值范围是( )
A. B.
C. D.
解析:选C 由椭圆的定义,得|PF1|+|PF2|=2a,
平方得|PF1|2+|PF2|2+2|PF1||PF2|=4a2.①
又·=c2,
∴|PF1|·|PF2|cos ∠F1PF2=c2,②
由余弦定理,得|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|cos ∠F1PF2=|F1F2|2=4c2,③
由①②③,得cos∠F1PF2=<1,c|PF1|·|PF2|≤2=a2,∴2a2-3c2≤a2,a2≤3c2,e≥.
则椭圆离心率的取值范围是,故选C.
5.已知椭圆的中心在原点,焦点在x轴上,离心率为,且过P(-5,4),则椭圆的方程为________.
解析:∵e==,∴==,
∴5a2-5b2=a2即4a2=5b2.
设椭圆的标准方程为+=1(a>0),
∵椭圆过点P(-5,4),∴+=1.
解得a2=45.∴椭圆方程为+=1.
答案:+=1
6.已知F1,F2是椭圆的两个焦点,满足·=0的点M总在椭圆内部,则椭圆离心率的取值范围是________.
解析:设椭圆方程为+=1(a>b>0).
因为·=0,所以MF1⊥MF2,
所以点M的轨迹是以O为圆心,c为半径的圆.
因为点M总在椭圆内部,
所以c所以c2所以2c2答案:
7.中心在原点,焦点在坐标轴上的椭圆上有M,N两点,求椭圆的标准方程.
解:当焦点在x轴上时,设椭圆的标准方程为+=1(a>b>0).
将点M,N代入上式,得
解得
此时椭圆的标准方程为+=1.
当焦点在y轴上时,设椭圆的标准方程为+=1(a>b>0).
将点M,N代入上式得
解得
因为a>b>0,所以舍去,
所以椭圆的标准方程为+=1.
8.已知椭圆x2+(m+3)y2=m(m>0)的离心率e=,求m的值及椭圆的长轴和短轴的长、焦点坐标、顶点坐标.
解:椭圆方程可化为+=1,
由m>0,易知m>,
∴a2=m,b2=.
∴c== .
由e=,得 =,解得m=1,
∴椭圆的标准方程为x2+=1.
∴a=1,b=,c=.
∴椭圆的长轴长为2,短轴长为1,
两焦点坐标分别为F1,F2,
顶点坐标分别为A1(-1,0),A2(1,0),B1,B2.
课件26张PPT。谢谢!课下能力提升(七)
[学业水平达标练]
题组1 由椭圆的标准方程研究几何性质
1.已知椭圆C1:+=1,C2:+=1,则C1与C2的( )
A.顶点相同 B.长轴长相等
C.短轴长相等 D.焦距相等
解析:选D 由两个椭圆的标准方程,可知C1的顶点坐标为(±2,0),(0,±2),长轴长为4,短轴长为4,焦距为4;C2的顶点坐标为(±4,0),(0,±2), 长轴长为8,短轴长为4,焦距为4,故选D.
2.椭圆以两条坐标轴为对称轴,一个顶点是(0,13),另一个顶点是(-10,0),则焦点坐标为( )
A.(±13,0) B.(0,±10)
C.(0,±13) D.(0,±)
解析:选D 由题意知,其焦点在y轴上,且a=13,b=10,则c==.
3.过椭圆+=1的焦点的最长弦和最短弦的长分别为( )
A.8,6 B.4,3
C.2, D.4,2
解析:选B 过椭圆焦点的最长弦为长轴,其长度为2a=4;最短弦为垂直于长轴的弦,因为c=1,将x=1代入+=1,得+=1,解得y2=,即y=±,所以最短弦的长为2×=3.故选B.
题组2 由椭圆的几何性质求标准方程
4.中心在原点,焦点在x轴上,若长轴长为18,且两个焦点恰好将长轴3等分,则此椭圆的方程是( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
解析:选A 因为2a=18,2c=×2a=6,所以a=9,c=3,b2=81-9=72.
5.已知椭圆+=1,长轴在y轴上.若焦距为4,则m等于( )
A.4 B.5
C.7 D.8
解析:选D 由题意得m-2>10-m且10-m>0,于是66.已知椭圆G的中心在坐标原点,长轴在x轴上,离心率为,两个焦点分别为F1和F2,椭圆G上一点到F1和F2的距离之和为12.则椭圆G的方程为________________.
解析:依题意可设椭圆G的方程为+=1,a>b>0,
半焦距为c,
∵椭圆G的离心为率为,
∴=?c=a.
∵椭圆G上一点到F1和F2的距离之和为12,
∴2a=12?a=6.
∴c=3,b==3,
∴椭圆G的方程为+=1.
答案:+=1
题组3 椭圆的离心率
7.椭圆的短半轴长为3,焦点到长轴的一个端点的距离等于9,则椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
解析:选C 由题意,得或
当a-c=9时,由b2=9得a2-c2=9=(a-c)(a+c),
a+c=1,则a=5,c=-4(不合题意).
当a+c=9时,解得故e=.
8.已知椭圆+=1(a>b>0),A,B分别为椭圆的左顶点和上顶点,F为右焦点,且AB⊥BF,则椭圆的离心率为( )
A. B.
C. D.
解析:选D 在Rt△ABF中,|AB|=,|BF|=a,|AF|=a+c,由|AB|2+|BF|2=|AF|2,得a2+b2+a2=(a+c)2.将b2=a2-c2代入,得a2-ac-c2=0,即e2+e-1=0,解得e=,因为e>0,所以e=.故选D.
9.A为y轴上一点,F1,F2是椭圆的两个焦点,△AF1F2为正三角形,且AF1的中点B恰好在椭圆上,求此椭圆的离心率.
解:如图,连接BF2.∵△AF1F2为正三角形,且B为线段AF1的中点,∴F2B⊥AF1.又∵∠BF2F1=30°,|F1F2|=2c,∴|BF1|=c,|BF2|=c,
根据椭圆定义得|BF1|+|BF2|=2a,
即c+c=2a,∴=-1.
∴椭圆的离心率e为-1.
[能力提升综合练]
1.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右顶点分别为A1,A2,且以线段A1A2为直径的圆与直线bx-ay+2ab=0相切,则C的离心率为( )
A. B. C. D.
解析:选A 以线段A1A2为直径的圆的方程为x2+y2=a2,由原点到直线bx-ay+2ab=0的距离d==a,得a2=3b2,所以C的离心率e= =.
2.过椭圆+=1(a>b>0)的左焦点F1作x轴的垂线交椭圆于点P,F2为右焦点,若∠F1PF2=60°,则椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
解析:选B 记|F1F2|=2c,则由题设条件,知|PF1|=,|PF2|=,则椭圆的离心率e====.
3.已知椭圆+=1(a>b>0)的左焦点为F,右顶点为A,点B在椭圆上,且BF⊥x轴,直线AB交y轴于点P.若=2,则椭圆的离心率是( )
A. B. C. D.
解析:选D ∵=2,∴| |=2||.
又∵PO∥BF,∴==,
即=,∴e==.
4.已知F1(-c,0),F2(c,0)为椭圆+=1的两个焦点,P(不在x轴上)为椭圆上一点,且满足·=c2,则椭圆离心率的取值范围是( )
A. B.
C. D.
解析:选C 由椭圆的定义,得|PF1|+|PF2|=2a,
平方得|PF1|2+|PF2|2+2|PF1||PF2|=4a2.①
又·=c2,
∴|PF1|·|PF2|cos ∠F1PF2=c2,②
由余弦定理,得|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|cos ∠F1PF2=|F1F2|2=4c2,③
由①②③,得cos∠F1PF2=<1,c|PF1|·|PF2|≤2=a2,∴2a2-3c2≤a2,a2≤3c2,e≥.
则椭圆离心率的取值范围是,故选C.
5.已知椭圆的中心在原点,焦点在x轴上,离心率为,且过P(-5,4),则椭圆的方程为________.
解析:∵e==,∴==,
∴5a2-5b2=a2即4a2=5b2.
设椭圆的标准方程为+=1(a>0),
∵椭圆过点P(-5,4),∴+=1.
解得a2=45.∴椭圆方程为+=1.
答案:+=1
6.已知F1,F2是椭圆的两个焦点,满足·=0的点M总在椭圆内部,则椭圆离心率的取值范围是________.
解析:设椭圆方程为+=1(a>b>0).
因为·=0,所以MF1⊥MF2,
所以点M的轨迹是以O为圆心,c为半径的圆.
因为点M总在椭圆内部,
所以c所以c2所以2c2答案:
7.中心在原点,焦点在坐标轴上的椭圆上有M,N两点,求椭圆的标准方程.
解:当焦点在x轴上时,设椭圆的标准方程为+=1(a>b>0).
将点M,N代入上式,得
解得
此时椭圆的标准方程为+=1.
当焦点在y轴上时,设椭圆的标准方程为+=1(a>b>0).
将点M,N代入上式得
解得
因为a>b>0,所以舍去,
所以椭圆的标准方程为+=1.
8.已知椭圆x2+(m+3)y2=m(m>0)的离心率e=,求m的值及椭圆的长轴和短轴的长、焦点坐标、顶点坐标.
解:椭圆方程可化为+=1,
由m>0,易知m>,
∴a2=m,b2=.
∴c== .
由e=,得 =,解得m=1,
∴椭圆的标准方程为x2+=1.
∴a=1,b=,c=.
∴椭圆的长轴长为2,短轴长为1,
两焦点坐标分别为F1,F2,
顶点坐标分别为A1(-1,0),A2(1,0),B1,B2.