2018-2019高中數(shù)學(xué) 第2章 圓錐曲線與方程 2.2.1 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程學(xué)案 蘇教版選修1 -1.docx
2.2.1 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.掌握橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程.2.會(huì)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程.3.能用標(biāo)準(zhǔn)方程判斷曲線是不是橢圓.
知識(shí)點(diǎn)一 橢圓的定義
把平面內(nèi)與兩個(gè)定點(diǎn)F1,F(xiàn)2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)F1,F(xiàn)2叫做橢圓的焦點(diǎn),兩焦點(diǎn)間的距離叫做橢圓的焦距.
知識(shí)點(diǎn)二 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
思考 在橢圓方程中,a,b以及參數(shù)c有什么幾何意義,它們滿足什么關(guān)系?
答案 在橢圓方程中,a表示橢圓上的點(diǎn)M到兩焦點(diǎn)間的距離之和的一半,可借助圖形幫助記憶,a,b,c(都是正數(shù))恰構(gòu)成一個(gè)直角三角形的三條邊,a是斜邊,c是焦距的一半,叫半焦距.a,b,c始終滿足關(guān)系式a2=b2+c2.
梳理 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
焦點(diǎn)在x軸上
焦點(diǎn)在y軸上
標(biāo)準(zhǔn)方程
+=1(a>b>0)
+=1(a>b>0)
圖形
焦點(diǎn)坐標(biāo)
(-c,0)與(c,0)
(0,-c)與(0,c)
a,b,c的關(guān)系
c2=a2-b2
1.到平面內(nèi)兩個(gè)定點(diǎn)的距離之和等于定長(zhǎng)的點(diǎn)的軌跡叫做橢圓.( )
2.橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程只與橢圓的形狀、大小有關(guān),與位置無(wú)關(guān).( )
3.橢圓的兩種標(biāo)準(zhǔn)形式中,雖然焦點(diǎn)位置不同,但都具備a2=b2+c2.( √ )
類型一 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
例1 求適合下列條件的橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程.
(1)以坐標(biāo)軸為對(duì)稱軸,并且經(jīng)過(guò)兩點(diǎn)A(0,2),B;
(2)經(jīng)過(guò)點(diǎn)(3,),且與橢圓+=1有共同的焦點(diǎn).
考點(diǎn) 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的求法
題點(diǎn) 定義法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、待定系數(shù)法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
解 (1)方法一 當(dāng)焦點(diǎn)在x軸上時(shí),可設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1(a>b>0).
∵點(diǎn)A(0,2),B在橢圓上,
∴解得
這與a>b相矛盾,故應(yīng)舍去.
當(dāng)焦點(diǎn)在y軸上時(shí),可設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為
+=1(a>b>0).
∵點(diǎn)A(0,2),B在橢圓上,
∴解得
∴橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+x2=1.
綜上可知,橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+x2=1.
方法二 設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n).
∵點(diǎn)A(0,2),B在橢圓上,
∴∴
故橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為x2+=1.
(2)方法一 橢圓+=1的焦點(diǎn)為(-4,0)和(4,0),
由橢圓的定義,可得
2a=+,
∴2a=12,即a=6.
∵c=4,∴b2=a2-c2=62-42=20,
∴橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
方法二 由題意可設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為
+=1(λ>-9),
將x=3,y=代入上面的橢圓方程,得
+=1,
解得λ=11或λ=-21(舍去),
∴橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
反思與感悟 求橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的方法
(1)定義法
即根據(jù)橢圓的定義,判斷出軌跡是橢圓,然后寫(xiě)出其方程.
(2)待定系數(shù)法
①先確定焦點(diǎn)位置;②設(shè)出方程;③尋求a,b,c的等量關(guān)系;④求a,b的值,代入所設(shè)方程.
特別提醒:當(dāng)橢圓的焦點(diǎn)位置不確定時(shí),需要分焦點(diǎn)在x軸上和在y軸上兩種情況討論,也可設(shè)橢圓方程為mx2+ny2=1(m≠n,m>0,n>0).
跟蹤訓(xùn)練1 求適合下列條件的橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程:
(1)兩個(gè)焦點(diǎn)的坐標(biāo)分別是(0,-2),(0,2),并且橢圓經(jīng)過(guò)點(diǎn);
(2)焦點(diǎn)在y軸上,且經(jīng)過(guò)兩個(gè)點(diǎn)(0,2)和(1,0);
(3)經(jīng)過(guò)點(diǎn)P(-2,1),Q(,-2).
考點(diǎn) 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的求法
題點(diǎn) 定義法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、待定系數(shù)法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
解 (1)∵橢圓的焦點(diǎn)在y軸上,
∴設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1(a>b>0).
由橢圓的定義知,
2a=+
=2,
即a=.又c=2,∴b2=a2-c2=6.
∴所求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
(2)∵橢圓的焦點(diǎn)在y軸上,
∴設(shè)它的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1(a>b>0).
又橢圓經(jīng)過(guò)點(diǎn)(0,2)和(1,0),
∴∴
∴所求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+x2=1.
(3)設(shè)橢圓的方程為mx2+ny2=1(m>0,n>0,且m≠n).
∵點(diǎn)P(-2,1),Q(,-2)在橢圓上,
∴代入得∴
∴所求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
例2 若方程-=1表示焦點(diǎn)在y軸上的橢圓,那么實(shí)數(shù)m的取值范圍為_(kāi)_______.
考點(diǎn) 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
題點(diǎn) 給條件確定橢圓方程中的參數(shù)(或其范圍)
答案 (0,1)
解析 ∵方程-=1表示焦點(diǎn)在y軸上的橢圓,
將方程改寫(xiě)為+=1,
∴解得0<m<1.
反思與感悟 (1)利用橢圓方程解題時(shí),一般首先要化成標(biāo)準(zhǔn)形式.
(2)+=1表示橢圓的條件是
表示焦點(diǎn)在x軸上的橢圓的條件是
表示焦點(diǎn)在y軸上的橢圓的條件是
跟蹤訓(xùn)練2 (1)已知方程-=1表示焦點(diǎn)在x軸上的橢圓,則實(shí)數(shù)k的取值范圍為_(kāi)_______.
考點(diǎn) 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
題點(diǎn) 給條件確定橢圓方程中的參數(shù)(或其范圍)
答案 (7,10)
解析 將方程化成橢圓的標(biāo)準(zhǔn)形式為+=1.
根據(jù)其表示焦點(diǎn)在x軸上的橢圓,
得解得7<k<10.
(2)若橢圓+=1的焦距為2,則m=________.
考點(diǎn) 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
題點(diǎn) 給條件確定橢圓方程中的參數(shù)(或其范圍)
答案 3或5
解析 當(dāng)焦點(diǎn)在x軸上時(shí),
∵a2=4,b2=m,由2c=2,得c=1,∴4-m=1,∴m=3.
當(dāng)焦點(diǎn)在y軸上時(shí),
∵a2=m,b2=4,由2c=2,得c=1,∴m-4=1,則m=5.
綜上可知,m=3或5.
類型二 橢圓定義的應(yīng)用
例3 如圖所示,點(diǎn)P是橢圓+=1上的一點(diǎn),F(xiàn)1和F2是焦點(diǎn),且∠F1PF2=30,求△F1PF2的面積.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
解 在橢圓+=1中,a=,b=2,
∴c==1.
又∵P在橢圓上,
∴PF1+PF2=2a=2.①
由余弦定理知,
PF+PF-2PF1PF2cos30
=F1F=(2c)2=4.②
①式兩邊平方,得
PF+PF+2PF1PF2=20.③
③-②,得(2+)PF1PF2=16,
∴PF1PF2=16(2-).
∴=PF1PF2sin30=8-4.
引申探究
在本例中,若圖中的直線PF1與橢圓相交于另一點(diǎn)B,連結(jié)BF2,其他條件不變,求△BPF2的周長(zhǎng).
解 由橢圓的定義,可得△BPF2的周長(zhǎng)為PB+PF2+BF2
=(PF1+PF2)+(BF1+BF2)
=2a+2a=4a=4.
反思與感悟 (1)對(duì)于求焦點(diǎn)三角形的面積,結(jié)合橢圓定義,建立關(guān)于PF1(或PF2)的方程求得PF1(或PF2);有時(shí)把PF1PF2看成一個(gè)整體,運(yùn)用公式PF+PF=(PF1+PF2)2-2PF1PF2及余弦定理求出PF1PF2,而無(wú)需單獨(dú)求出,這樣可以減少運(yùn)算量.
(2)焦點(diǎn)三角形的周長(zhǎng)等于2a+2c.設(shè)∠F1PF2=θ,則焦點(diǎn)三角形的面積為b2tan.
跟蹤訓(xùn)練3 設(shè)F1,F(xiàn)2為橢圓+=1的兩個(gè)焦點(diǎn),P為橢圓上一點(diǎn),已知P,F(xiàn)1,F(xiàn)2是一個(gè)直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn),且PF1>PF2,求的值.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
解 當(dāng)∠PF2F1=90時(shí),
由
得PF1=,PF2=,∴=.
當(dāng)∠F1PF2=90時(shí),同理求得PF1=4,PF2=2,
∴=2.
綜上,=或2.
1.在橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程中,a=6,b=,則橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程是________________.
考點(diǎn) 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的求法
題點(diǎn) 定義法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、待定系數(shù)法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
答案 +=1或+=1
2.已知中心在坐標(biāo)原點(diǎn)O的橢圓C經(jīng)過(guò)點(diǎn)A(2,3),且點(diǎn)F(2,0)為其右焦點(diǎn),則橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為_(kāi)_________.
考點(diǎn) 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的求法
題點(diǎn) 定義法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、待定系數(shù)法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
答案?。?
解析 依題意,可設(shè)橢圓C的方程為+=1(a>b>0),且可知其左焦點(diǎn)為F′(-2,0),
從而有解得
又a2=b2+c2,所以b2=12,
故橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
3.已知橢圓4x2+ky2=4的一個(gè)焦點(diǎn)坐標(biāo)是(0,1),則實(shí)數(shù)k的值為_(kāi)_______.
考點(diǎn) 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
題點(diǎn) 給條件確定橢圓方程中的參數(shù)(或其范圍)
答案 2
解析 由題意得橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程為x2+=1.
又其一個(gè)焦點(diǎn)坐標(biāo)為(0,1),故-1=1,解得k=2.
4.“m>n>0”是“方程mx2+ny2=1表示焦點(diǎn)在y軸上的橢圓”的__________條件.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用、條件判斷
答案 充要
解析 方程可化為+=1.若m>n>0,則0<<,可得方程為焦點(diǎn)在y軸上的橢圓.
若方程表示焦點(diǎn)在y軸上的橢圓,則>>0,可得m>n>0.
5.設(shè)P是橢圓+=1上一點(diǎn),P到兩焦點(diǎn)F1,F(xiàn)2的距離之差為2,則△PF1F2的面積為_(kāi)_______.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
答案 6
解析 由橢圓定義知PF1+PF2=2a=8,
不妨設(shè)PF1>PF2.
∵PF1-PF2=2,∴PF1=5,PF2=3,
又∵F1F2=2c=4,∴△PF1F2為直角三角形,
則=43=6.
1.對(duì)于求解橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程一般有兩種方法:可以通過(guò)待定系數(shù)法求解,也可以通過(guò)橢圓的定義進(jìn)行求解.
2.用待定系數(shù)法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程時(shí),若已知焦點(diǎn)的位置,可直接設(shè)出標(biāo)準(zhǔn)方程;若焦點(diǎn)位置不確定,可分兩種情況求解,也可設(shè)Ax2+By2=1(A>0,B>0,A≠B)求解,避免了分類討論,達(dá)到了簡(jiǎn)化運(yùn)算的目的.
一、填空題
1.已知橢圓C上任意一點(diǎn)P(x,y)都滿足關(guān)系式+=4,則橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為_(kāi)_______________.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
答案?。?
解析 由題設(shè)可知,橢圓C的焦點(diǎn)在x軸上,其坐標(biāo)分別為(1,0),(-1,0),2a=4,故a=2,c=1,所以b2=3,所以橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
2.已知F1(-1,0),F(xiàn)2(1,0)是橢圓C的兩個(gè)焦點(diǎn),過(guò)F2且垂直于x軸的直線交橢圓C于A,B兩點(diǎn),且AB=3,則橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為_(kāi)_______.
考點(diǎn) 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的求法
題點(diǎn) 定義法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、待定系數(shù)法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
答案 +=1
解析 由題意知,橢圓焦點(diǎn)在x軸上,且c=1,
可設(shè)橢圓C的方程為+=1(a>1),
又橢圓C由過(guò)F2且垂直于x軸的直線截得的弦長(zhǎng)AB=3,知點(diǎn)必在橢圓上,
代入橢圓方程化簡(jiǎn)得4a4-17a2+4=0,
所以a2=4或a2=(舍去).
故橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
3.已知橢圓中心在原點(diǎn),一個(gè)焦點(diǎn)為F(-2,0),且a=2b,則該橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程是________________.
考點(diǎn) 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的求法
題點(diǎn) 定義法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、待定系數(shù)法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
答案?。?
解析 設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程是+=1(a>b>0).
由題意知 解得
所以橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
4.已知橢圓+=1的焦距為4,則m=___________________________________.
考點(diǎn) 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
題點(diǎn) 給條件確定橢圓方程中的參數(shù)(或其范圍)
答案 4或8
解析 (1)當(dāng)焦點(diǎn)在x軸上時(shí),10-m-(m-2)=4,
解得m=4.
(2)當(dāng)焦點(diǎn)在y軸上時(shí),m-2-(10-m)=4,
解得m=8.∴m=4或8.
5.“2<k<5”是“方程+=1”表示的曲線是橢圓的________條件.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用、條件判斷
答案 必要不充分
解析 由方程+=1表示的曲線是橢圓,可得解得2<k<5且k≠,
所以2<k<5且k≠?2<k<5.
而2<k<5推不出2<k<5且k≠.
所以“2<k<5”是“方程+=1”表示橢圓的必要不充分條件.
6.橢圓+=1上的一點(diǎn)M到左焦點(diǎn)F1的距離為2,N是MF1的中點(diǎn),則ON=________.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
答案 4
解析 如圖,F(xiàn)2為橢圓右焦點(diǎn),連結(jié)MF2,則ON是△F1MF2的中位線,∴ON=MF2.
又MF1=2,MF1+MF2=2a=10,∴MF2=8,
∴ON=4.
7.設(shè)F1,F(xiàn)2分別是橢圓E:x2+=1(0<b<1)的左、右焦點(diǎn),過(guò)點(diǎn)F1的直線l與橢圓相交于A,B兩點(diǎn),且AF2,AB,BF2成等差數(shù)列,則AB的長(zhǎng)為_(kāi)_______.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
答案
解析 ∵橢圓E:x2+=1(0<b<1),∴a=1.
∵AF1+AF2=2a=2,BF1+BF2=2,
相加得AF1+BF1+AF2+BF2=4,
AF2+BF2=4-AF1-BF1=4-AB.
∵AF2,AB,BF2成等差數(shù)列,
∴2AB=AF2+BF2,于是2AB=4-AB,∴AB=.
8.設(shè)F1,F(xiàn)2為橢圓+y2=1的兩個(gè)焦點(diǎn),點(diǎn)P在橢圓上,若線段PF1的中點(diǎn)在y軸上,則的值為_(kāi)_______.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
答案
解析 ∵線段PF1的中點(diǎn)在y軸上,∴PF2⊥x軸,
∴PF2==,PF1=2a-PF2=4-=,
∴=.
9.已知橢圓+=1上一點(diǎn)P與橢圓兩焦點(diǎn)F1,F(xiàn)2連線的夾角為直角,則PF1PF2=________.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
答案 48
解析 因?yàn)?c=10,PF1⊥PF2,
所以PF+PF=F1F,即PF+PF=100.
又由橢圓定義知,PF1+PF2=2a=14,
所以(PF1+PF2)2-2PF1PF2=100,
即196-2PF1PF2=100,
解得PF1PF2=48.
10.如圖所示,F(xiàn)1,F(xiàn)2分別為橢圓+=1的左、右焦點(diǎn),點(diǎn)P在橢圓上,△POF2是面積為的正三角形,則b2=________.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
答案 2
解析 ∵△POF2是面積為的正三角形,
∴PO=PF2=OF2=2,∴c=2,連結(jié)PF1.
在△POF1中,PO=OF1=2,∠POF1=120,∴PF1=2.
∴2a=PF1+PF2=2+2,
∴a=1+,b2=a2-c2=2.
二、解答題
11.已知橢圓的中心在原點(diǎn),焦點(diǎn)在y軸上,橢圓與x軸的一個(gè)交點(diǎn)B和兩個(gè)焦點(diǎn)F1,F(xiàn)2組成的三角形的周長(zhǎng)等于4+2,且∠F1BF2=,求橢圓的方程.
考點(diǎn) 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的求法
題點(diǎn) 定義法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、待定系數(shù)法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
解 設(shè)橢圓的方程為+=1(a>b>0).
由題意得解得a=2,b=1.
∴橢圓方程為+x2=1.
12.如圖,在直角坐標(biāo)系xOy中,設(shè)橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右兩個(gè)焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2.過(guò)右焦點(diǎn)F2且與x軸垂直的直線l與橢圓C相交,其中一個(gè)交點(diǎn)為M(,1),求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程.
考點(diǎn) 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的求法
題點(diǎn) 定義法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、待定系數(shù)法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
解 ∵直線l⊥x軸,M(,1),∴F2的坐標(biāo)為(,0),
由題意知橢圓的焦點(diǎn)在x軸上,標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1(a>b>0),則
解得
∴所求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
13.已知橢圓+=1(a>b>0)的焦點(diǎn)坐標(biāo)分別為F1(0,-1),F(xiàn)2(0,1),且3a2=4b2.
(1)求橢圓的方程;
(2)設(shè)點(diǎn)P在這個(gè)橢圓上,且PF1-PF2=1,求∠F1PF2的余弦值.
考點(diǎn) 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的求法,橢圓的定義
題點(diǎn) 定義法求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、定義的應(yīng)用
解 (1)由題意得橢圓的焦點(diǎn)在y軸上,且c=1.
又∵3a2=4b2,
∴a2-b2=a2=c2=1,
∴a2=4,b2=3,
∴橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
(2)如圖所示,PF1-PF2=1.
又由橢圓定義知,PF1+PF2=4,
∴PF1=,PF2=,F(xiàn)1F2=2,
∴cos∠F1PF2==.
三、探究與拓展
14.已知c是橢圓+=1(a>b>0)的半焦距,則的取值范圍為_(kāi)_______.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
答案 (1,]
解析 如圖,=sinθ+cosθ=sin,
又θ為銳角,故∈(1,].
15.已知橢圓+=1(0<b<2),左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,過(guò)F1的直線l交橢圓于A,B兩點(diǎn),若BF2+AF2的最大值為5,則b的值為_(kāi)_______.
考點(diǎn) 橢圓的定義
題點(diǎn) 橢圓定義的應(yīng)用
答案
解析 由題意知a=2,
所以BF2+AF2+AB=4a=8,
因?yàn)锽F2+AF2的最大值為5,所以AB的最小值為3,當(dāng)且僅當(dāng)AB⊥x軸時(shí),取得最小值,此時(shí)A,B,
代入橢圓方程得+=1,
又c2=a2-b2=4-b2,所以+=1,
即1-+=1,所以=,
解得b2=3,所以b=.