椭圆的性质椭圆的性质(提高)
学习目标
1. 掌握椭圆的对称性、范围、定点、离心率等简单性质.
2. 能用椭圆的简单性质求椭圆方程. 3. 能用椭圆的简单性质分析解决有关问题.
要点梳理
知识点一:椭圆的简单几何性质
我们根据椭圆来研究椭圆的简单几何性质
椭圆的范围椭圆上所有的点都位于直线x=±a和y=±b所围成的矩形内,所以椭圆上点的坐标满足|x|≤a,|y|≤b.
椭圆的对称性
对于椭圆标准方程,把x换成―x,或把y换成―y,或把x、y同时换成―x、―y,方程都不变,所以椭圆是以x轴、y轴为对称轴的轴对称...
椭圆的性质(提高)
学习目标
1. 掌握椭圆的对称性、范围、定点、离心率等简单性质.
2. 能用椭圆的简单性质求椭圆方程. 3. 能用椭圆的简单性质
解决有关问
.
要点梳理
知识点一:椭圆的简单几何性质
我们根据椭圆来研究椭圆的简单几何性质
椭圆的范围椭圆上所有的点都位于直线x=±a和y=±b所围成的矩形内,所以椭圆上点的坐标满足|x|≤a,|y|≤b.
椭圆的对称性
对于椭圆
方程,把x换成―x,或把y换成―y,或把x、y同时换成―x、―y,方程都不变,所以椭圆是以x轴、y轴为对称轴的轴对称图形,且是以原点为对称中心的中心对称图形,这个对称中心称为椭圆的中心。
椭圆的顶点 ①椭圆的对称轴与椭圆的交点称为椭圆的顶点。
②椭圆(a>b>0)与坐标轴的四个交点即为椭圆的四个顶点,坐标分别为A1(―a,0),
A2(a,0),B1(0,―b),B2(0,b)。
③线段A1A2,B1B2分别叫做椭圆的长轴和短轴,|A1A2|=2a,|B1B2|=2b。a和b分别叫做椭圆的长半轴长和短半轴长。椭圆的离心率
①椭圆的焦距与长轴长度的比叫做椭圆的离心率,用e表示,记作。
②因为a>c>0,所以e的取值范围是0<e<1。e越接近1,则c就越接近a,从而越小,因此椭圆越扁;反之,e越接近于0,c就越接近0,从而b越接近于a,这时椭圆就越接近于圆。当且仅当a=b时,c=0,这时两个焦点重合,图形变为圆,方程为x2+y2=a2。
要点诠释:
椭圆的图象中线段的几何特征(如下图):
(1),,;
(2),,;
(3),,;
知识点二:椭圆标准方程中的三个量a、b、c的几何意义
椭圆标准方程中,a、b、c三个量的大小与坐标系无关,是由椭圆本身的形状大小所确定的,分别表示椭圆的长半轴长、短半轴长和半焦距长,均为正数,且三个量的大小关系为:a>b>0,a>c>0,且a2=b2+c2。
可借助下图帮助记忆:
a、b、c恰构成一个直角三角形的三条边,其中a是斜边,b、c为两条直角边。
和a、b、c有关的椭圆问题常与与焦点三角形有关,这样的问题考虑到用椭圆的定义及余弦定理(或勾股定理)、三角形面积公式相结合的方法进行计算与解题,将有关线段、、,有关角()结合起来,建立、之间的关系.
知识点三:椭圆两个标准方程几何性质的比较
标准方程
图形
性质
焦点
,
,
焦距
范围
,
,
对称性
关于x轴、y轴和原点对称
顶点
,
,
轴
长轴长=,短轴长=
离心率
要点诠释:椭圆,(a>b>0)的相同点为形状、大小都相同,
参数间的关系都有a>b>0和,a2=b2+c2;不同点为两种椭圆的位置不同,它们的焦点坐标也不相同;
椭圆的焦点总在长轴上,因此已知标准方程,判断焦点位置的方法是:看x2、y2的分母的大小,哪个分母大,焦点就在哪个坐标轴上。
知识点四:直线与椭圆的位置关系
平面内点与椭圆的位置关系
椭圆将平面分成三部分:椭圆上、椭圆内、椭圆外,因此,平面上的点与椭圆的位置关系有三种,
任给一点M(x,y),
若点M(x,y)在椭圆上,则有
INCLUDEPICTURE "http://video.etiantian.com/security/dcd40c542142132c316353a688404903/507df496/ett20/resource/3bdc30954118f132eb143a6e6ebac8f1/zsjj.files/image048.gif" \* MERGEFORMATINET ;
若点M(x,y)在椭圆内,则有
INCLUDEPICTURE "http://video.etiantian.com/security/dcd40c542142132c316353a688404903/507df496/ett20/resource/3bdc30954118f132eb143a6e6ebac8f1/zsjj.files/image048.gif" \* MERGEFORMATINET ;
若点M(x,y)在椭圆外,则有
INCLUDEPICTURE "http://video.etiantian.com/security/dcd40c542142132c316353a688404903/507df496/ett20/resource/3bdc30954118f132eb143a6e6ebac8f1/zsjj.files/image048.gif" \* MERGEFORMATINET .
直线与椭圆的位置关系
将直线的方程与椭圆的方程
INCLUDEPICTURE "http://video.etiantian.com/security/dcd40c542142132c316353a688404903/507df496/ett20/resource/3bdc30954118f132eb143a6e6ebac8f1/zsjj.files/image048.gif" \* MERGEFORMATINET 联立成方程组,消元转化为关于x或y的一元二次方程,其判别式为Δ.
①Δ>0直线和椭圆相交直线和椭圆有两个交点(或两个公共点);
②Δ=0直线和椭圆相切直线和椭圆有一个切点(或一个公共点);
③Δ<0直线和椭圆相离直线和椭圆无公共点.
直线与椭圆的相交弦
设直线交椭圆
INCLUDEPICTURE "http://video.etiantian.com/security/dcd40c542142132c316353a688404903/507df496/ett20/resource/3bdc30954118f132eb143a6e6ebac8f1/zsjj.files/image048.gif" \* MERGEFORMATINET 于点两点,则
==
同理可得
这里
INCLUDEPICTURE "http://video.etiantian.com/security/dcd40c542142132c316353a688404903/507df496/ett20/resource/3bdc30954118f132eb143a6e6ebac8f1/zsjj.files/image059.gif" \* MERGEFORMATINET 的求法通常使用韦达定理,需作以下变形:
类型一:椭圆的简单几何性质
1.已知椭圆的对称轴为坐标轴,O为坐标原点,F是一个焦点,A是一个顶点,若椭圆的长轴长是6,
且,求椭圆的方程。
【解析】
椭圆的长轴长为6,,所以点A不是长轴的顶点,是短轴的顶点,所以|OF|=c,
,,
所以c=2,b2=32-22=5, 故椭圆的方程为或。
【点评】灵活运用椭圆的几何性质:①a2=b2+c2;②长轴长2a,短轴长2b,进行求参数的值或求椭圆的方程.
【变式1】求椭圆16x2+25y2=400的长轴和短轴的长、离心率、焦点和顶点的坐标.
【答案】椭圆的长轴和短轴长分别是,离心率,焦点,椭圆的四个顶点是
【变式2】长轴长等于20,离心率等于,求椭圆的标准方程。
【答案】或
【变式3】在平面直角坐标系xOy中,椭圆C的中心为原点,焦点在x轴上,离心率为.过点的直线l交C于A,B两点,且的周长为16,那么C的方程为______
【答案】。
类型二:求椭圆的离心率或离心率的取值范围
2.(1)已知椭圆的一个焦点将长轴分成长为的两段,求其离心率;
(2)已知椭圆的一个焦点到长轴两端点的距离分别为10和4,求其离心率。
【解析】
(1)由题意得,
即, 解得。
(2)由题意得, 解得,故离心率。
【点评】椭圆的离心率是椭圆几何性质的一个重要参数,求椭圆离心率的关键是由条件寻求a、c满足的关系式
椭圆的离心率,所以构造a、b、c三者中任意两个的关系,均可求出椭圆离心率,而a、b、c三者中任意两个的关系,可以通过几何图形直观观察,可构造方程或不等式得到三者关系。
求椭圆的离心率通常有两种方法:
(1)若给定椭圆的方程,则根据焦点位置确定a2、b2,求出a、c的值,利用公式直接求解。
(2)若椭圆的方程未知,则根据条件建立a、b、c、e满足的关系式,化为关于a、c的齐次方程,再将方程两边同除以a的最高次幂,得到e的方程,解方程求得e。
【变式1】椭圆的一个顶点与两焦点构成等边三角形,则此椭圆的离心率是( )
【答案】D
【变式2】椭圆上一点到两焦点的距离分别为,焦距为,若成等差数列,则椭圆的离心率为_____【答案】
3.设M为椭圆上一点,F1、F2为椭圆的焦点,若∠MF1F2=75°,∠MF2F1=15°,求椭圆的离心率。
【解析】
在△MF1F2中,由正弦定理得
,
即
∴,
∴。
【点评】 本题利用了椭圆的定义、正弦定理、等比定理、三角变换等多种知识,求出离心率e。
【变式1】以椭圆两焦点为直径的圆交椭圆于四个不同点,顺次连结这四个点和两个焦点,恰好围成一个正六边形,则这个椭圆的离心率等于____。【答案】
【变式2】已知椭圆的左焦点为F,右顶点A,上顶点为B,若BF⊥BA,则称其为“优美椭圆”,那么“优美椭圆”的离心率为________。【答案】
【解析】
根据题意,|AB2|=a2+b2,|BF|=a,|AF|=a+c,所以在Rt△ABF中,有(a+c)2=a2+b2+a2,化简得c2+ac―a2=0,
等式两边同除以a2,得e2+e―1=0,解得。 又∵0<e<1,∴。
4.已知椭圆,F1,F2是两个焦点,若椭圆上存在一点P,使,求其离心率的取值范围。
【解析】
△F1PF2中,已知,|F1F2|=2c,|PF1|+|PF2|=2a,
由余弦定理:4c2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos120°①
又|PF1|+|PF2|=2a ②
联立① ②得4c2=4a2-|PF1||PF2|,∴
【点评】求离心率或离心率的范围,通常构造关于,,的齐次式,从而构造出关于的方程或不等式.
【变式】已知椭圆,以,,为系数的关于的方程无实根,求其离心率的取值范围。
【变式】已知椭圆,以,,为系数的关于的方程无实根,求其离心率的取值范围。
答案与解析
【答案】
由已知,,所以,
即,
不等式两边同除可得,
解不等式得或.
由椭圆的离心率,
所以所求椭圆离心率.
【答案】
由已知,,所以,
即, 不等式两边同除可得,
解不等式得或.
由椭圆的离心率,
所以所求椭圆离心率.
类型三:直线与椭圆的位置关系
5.已知椭圆,求过点且被平分的弦所在
【解析】
解法一:设所求直线的斜率为,则直线方程为.代入椭圆方程,
并整理得.
由韦达定理得.
∵是弦中点,∴.故得.
所以所求直线方程为.
解法二:设过的直线与椭圆交于、,则由题意得
①-②得. ⑤
将③、④代入⑤得,即直线的斜率为.
所求直线方程为.
【点评】
(1)有关弦中点的问题,主要有三种类型:过定点且被定点平分的弦;平行弦的中点轨迹;过定点的弦中点轨迹.
(2)解法二是“点差法”,解决有关弦中点问题的题较方便,要点是巧代斜率.
(3)有关弦及弦中点问题常用的方法是:“韦达定理应用”及“点差法”.有关二次曲线问题也适用
【变式1】已知点P(4,2)是直线被椭圆所截得线段的中点,求直线的方程
【答案】直线的方程为x+2y-8=0
【变式2】若直线与椭圆恒有公共点,求实数的取值范围。
【答案】时,直线与椭圆恒有公共点
【解析】
△F1PF2中,已知,|F1F2|=2c,|PF1|+|PF2|=2a,
由余弦定理:4c2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos120°①
又|PF1|+|PF2|=2a ②
联立① ②得4c2=4a2-|PF1||PF2|,∴
【点评】求离心率或离心率的范围,通常构造关于,,的齐次式,从而构造出关于的方程或不等式.
【变式】已知椭圆,以,,为系数的关于的方程无实根,求其离心率的取值范围。
答案与解析
【答案】
由已知,,所以,
即,
不等式两边同除可得,
解不等式得或.
由椭圆的离心率,
所以所求椭圆离心率.
【变式1】求椭圆16x2+25y2=400的长轴和短轴的长、离心率、焦点和顶点的坐标.
答案与解析
【答案】椭圆的长轴和短轴长分别是,离心率,焦点,椭圆的四个顶点是
【变式2】长轴长等于20,离心率等于,求椭圆的标准方程。
答案与解析
【答案】或
【变式3】在平面直角坐标系xOy中,椭圆C的中心为原点,焦点在x轴上,离心率为.过点的直线l交C于A,B两点,且的周长为16,那么C的方程为______
答案与解析
【答案】。
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