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[组图]8.2 椭圆的几何性质          【字体:
8.2 椭圆的几何性质
作者:未知    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2006-1-15
 

 

学习目标

 

  1.掌握椭圆的几何性质,掌握标准方程中的以及的几何意义,之间的相互关系;

  2.通过根据椭圆的标准方程研究椭圆几何性质的讨论,使学生初步尝试利用椭圆的标准方程来研究椭圆的几何性质的基本方法,加深曲线与方程关系的理解,同时提高分析问题和解决问题的能力;

  3.掌握椭圆的第二定义,能应用椭圆的第二定义解决有关问题;

  4.掌握椭圆的参数方程,会用参数方程解一些简单的问题.

  5.初步能利用椭圆的有关知识来解决有关的实际问题;

 

知识讲解

  

  1.本小节的重点是椭圆的几何性质,难点是如何根据曲线的方程讨论曲线的几何性质,教学的关键是数形结合.

  2.根据曲线的方程来讨论曲线的几何性质,是解析几何的主要内容,也是我们学习解析几何的主要目的之一.它体现了数形结合的思想方法.

  (1)关于曲线范围的讨论

  讨论曲线的范围,可转化为确定方程中变量的取值范围.根据方程的具体情况,可以用函数的观点来处理,转化为求函数的定义域或值域;也可以借助于不等式的性质和解不等式的知识来处理.例如椭圆的范围,即可以通过解不等式组,用它的解集所表示的平面区域来确定,也可以通过讨论函数的定义域和值域来确定.这个椭圆落在由直线所围成的矩形区域内.

  (2)关于曲线对称性的讨论

  一般地,以、或以或同时以方程不变,则图形关于轴、轴、原点对称,这很容易根据轴对称及中心对称图形的定义给予证明.虽然,如果曲线具有上述三种对称性的任意两种,那么它一定还具有另外一种对称性.椭圆既是轴对称图形,又是中心对称图形,长轴和短轴所在的直线都是对称轴,长轴和短轴的交点则是它的对称中心.

  (3)关于曲线的截距

  求曲线的截距,相当于求曲线与坐标轴的交点.

  3.椭圆的第二定义

  如果动点到定点的距离和它到定直线的距离比是一个常数,则动点的轨迹是椭圆.其中是它的焦点,是它的准线,是它的离心率.

  4.掌握椭圆的几何性质,重点应抓住七点(四个顶点、两个焦点、一个中心)、四线(长、短轴,两条准线)、一率(离心率).

  (1)弄清四线、七点的位置关系.其中特别要注意焦点一定在长轴上,准线位于长轴两端点的外侧并一定与长轴垂直.

  (2)弄清有关元素的几何意义

   *分别是半长轴长、半短轴长.要防止*分别为椭圆长轴长、短轴长、焦距及*可正可负的错误.

  离心率刻画了椭圆的扁平程度,越小,椭圆越接近于圆.当时,,所以圆也可以看成是两焦点重合、准线在无穷远处的椭圆的极限情况.椭圆上任一点到焦点的距离与到对应准线的距离之比等于椭圆的离心率.

  (3)弄清多元素的相互关系

  在*五个量中,由于,故可知二求三.图中有一些常用的关系式:

   

    

   (焦准距),

   

  5椭圆的几何性质可分为两类.一类是与坐标系无关的本身固有性质,如长、短轴长、焦距、离心率;一类是与坐标系有关的性质,如顶点、焦点、中心坐标、准线方程.对于第二类性质,只要将的有关性质中横坐标和纵坐标互换,就可以得出的有关性质.

  6.求椭圆的标准方程,一般是根据已知条件或用待定系数法确定即可.求解时应注意下列问题:所求的方程具有哪种标准形式?有几解?

  7.椭圆的画法

  教科书上给出了椭圆的描点画法和徒手画法,应注意椭圆的几何性质在画图中的作用,确定了椭圆的范围、截距、对称性,就可以有目的地取较少的点,画出较准确的图形.

  8.椭圆与直线的位置关系

  椭圆与直线相交于两点、相交于一点、不相交对应于由椭圆方程和直线方程组成的方程组有两组不同的实数解、两组相同的实数解、无实数解.

  9.椭圆的参数方程为

  其中的几何意义不是旋转角,而是离心角.

 

典型例题

 

1  椭圆的一个顶点为,其长轴长是短轴长的2倍,求椭圆的标准方程.

分析 题目没有指出焦点的位置,要考虑两种位置.

解:(1)当为长轴端点时,*

  椭圆的标准方程为:

  2)当为短轴端点时,*

  椭圆的标准方程为:

说明:椭圆的标准方程有两个,给出一个顶点的坐标和对称轴的位置,是不能确定椭圆的横竖的,因而要考虑两种情况.

2 一个椭圆的焦点将其准线间的距离三等分,求椭圆的离心率.

解:  

  

说明:求椭圆的离心率问题,通常有两种处理方法,一是求,求,再求比.二是列含的齐次方程,再化含的方程,解方程即可.

已知中心在原点,焦点在轴上的椭圆与直线交于两点,中点,的斜率为0.25,椭圆的短轴长为2,求椭圆的方程.

解:由题意,设椭圆方程为

  由,得

  ∴

   ,∴

  ∴为所求.

说明:(1)此题求椭圆方程采用的是待定系数法;(2)直线与曲线的综合问题,经常要借用根与系数的关系,来解决弦长、弦中点、弦斜率问题.

4椭圆上不同三点与焦点的距离成等差数列.

1)求证

2)若线段的垂直平分线与轴的交点为,求直线的斜率

证明:(1)由椭圆方程知

   由圆锥曲线的统一定义知:

   ∴  

   同理  

   ∵   ,且

   ∴  

   即  

   (2)因为线段的中点为

   所以它的垂直平分线方程为

   又∵点轴上,设其坐标为,代入上式,得

   又∵点都在椭圆上,

   ∴ 

   

   ∴ 

   将此式代入①,并利用的结论得

     ∴ 

5 已知椭圆为两焦点,问能否在椭圆上找一点,使到左准线的距离的等比中项?若存在,则求出点的坐标;若不存在,请说明理由.

解:假设存在,设

  由已知条件得*,∴

  ∵左准线的方程是

  ∴

  又由焦半径公式知:

    

  ∵

  ∴

  整理得

  解之得                         

  另一方面                              

  则①与②矛盾,所以满足条件的点不存在.

说明:(1)利用焦半径公式解常可简化解题过程.

  (2)本例是存在性问题,解决存在性问题,一般用分析法,即假设存在,根据已知条件进行推理和运算.进而根据推理得到的结果,再作判断.

  (3)本例也可设存在,推出矛盾结论(读者自己完成).

6 已知椭圆,求过点且被平分的弦所在的直线方程.

分析一:已知一点求直线,关键是求斜率,故设斜率为,利用条件求

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

分析二:设弦两端坐标为

    列关于的方程组,从而求斜率:

解法二:设过的直线与椭圆交于

    则由题意得

    ①-②得               

    将③、④代入⑤得,即直线的斜率为

    所求直线方程为

注:(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.

7 求适合条件的椭圆的标准方程.

  (1)长轴长是短轴长的2倍,且过点

  (2)在轴上的一个焦点与短轴两端点的联机互相垂直,且焦距为6

分析:当方程有两种形式时,应分别求解,如(1)题中由求出,在得方程后,不能依此写出另一方程

解:(1)设椭圆的标准方程为

  由已知                                

  又过点,因此有

                   

  由①、②,得

  故所求的方程为

  (2)设方程为

  由已知,,所以

  故所求方程为

说明 根据条件求椭圆的标准方程的思路是“选标准,定参数”.关键在于焦点的位置是否确定,若不能确定,应设方程

8 椭圆的右焦点为,过点,点在椭圆上,当为最小值时,求点的坐标.

分析 本题的关键是求出离心率,把转化为到右准线的距离,从而得最小值.一般地,求均可用此法.

解:由已知:.所以,右准线

  过,垂足为,交椭圆于

  故

  显然的最小值为,即为所求点,

  因此,且在椭圆上.故.所以

说明:本题关键在于未知式中的“2”的处理.事实上,如图,,即到右准线的距离的一半,即图中的,问题转化为求椭圆上一点,使的距离与到右准线距离之和取最小值.

9 求椭圆上的点到直线的距离的最小值.

分析:先写出椭圆的参数方程,由点到直线的距离建立三角函数关系式,求出距离的最小值.

解:椭圆的参数方程为设椭圆上的点的坐标为

  则点到直线的距离为

  当时,

说明:当直接设点的坐标不易解决问题时,可建立曲线的参数方程.

10 设椭圆的中心是坐标原点,长轴在轴上,离心率,已知点到这个椭圆上的点的最远距离是,求这个椭圆的方程,并求椭圆上的点的距离等于的点的坐标.

分析:本题考查椭圆的性质、距离公式、最大值以及分析问题的能力,在求的最大值时,要注意讨论的取值范围.此题可以用椭圆的标准方程,也可用椭圆的参数方程,要善于应用不等式、平面几何、三角等知识解决一些综合性问题,从而加强等价转换、形数结合的思想,提高逻辑推理能力.

解法一:设所求椭圆的直角坐标方程是,其中待定.

    由

    可得,即

    设椭圆上的点到点的距离是

    则

         

    其中

    如果,则当时,(从而)有最大值.

    由题设得,由此得,与矛盾.

    因此必有成立,于是当时,(从而)有最大值.

    由题设得,可得

    ∴所求椭圆方程是

    由及求得的椭圆方程可得,

    椭圆上的点,点到点的距离是

解法二:根据题设条件,可取椭圆的参数方程是

    其中,待定,为参数.

    由

    可得,即

    设椭圆上的点到点的距离为,则

    

       

       

    如果,即,则当时,(从而)有最大值.

    由题设得

    由此得,与矛盾,因此必有成立.

    于是当(从而)有最大值.

    由题设知,∴

    ∴所求椭圆的参数方程是

    由,可得椭圆上的是

11 ,求的最大值和最小值.

分析:本题的关键是利用形数结合,观察方程与椭圆方程的结构一致.设,显然它表示一个圆,由此可以画出图形,考虑椭圆及圆的位置关系求得最值.

解:由,得

  可见它表示一个椭圆,其中心在点,焦点在轴上,

  且过(00)点和(30)点.

  设,则

  它表示一个圆,其圆心为(-10)半径为

  在同一坐标系中作出椭圆及圆,

  如图所示.观察图形可知,当圆过(00)点时,半径最小,

  即,此时

  当圆过(30)点时,半径最大,即,∴

  ∴的最小值为0,最大值为15

12 已知椭圆是其长轴的两个端点.

  (1)过一个焦点作垂直于长轴的弦,求证:不论如何变化,

  (2)如果椭圆上存在一个点,使,求的离心率的取值范围.

分析:本题从已知条件出发,两问都应从的正切值出发做出估计,因此要从点的坐标、斜率入手.本题的第(2)问中,其关键是根据什么去列出离心率满足的不等式,只能是椭圆的固有性质:,根据得到,将代入,消去,用表示,以便利用列出不等式.这里要求思路清楚,计算准确,一气呵成.

解:(1)设

        

  于是

  ∵的角.

  ∴

  ∵

  ∴

  故         

  (2)设,则

  由于对称性,不妨设,于是的角.

  ∴

  ∵  

  整理得

  ∵

  ∴

  ∵  

  ∵  

    

  ∴

  ∴(舍),∴

 

反馈练习

 

一、选择题

1.对于椭圆,下列说法正确的是(      ).

A.焦点坐标是                B.长轴长是5

C.准线方程是              D.离心率是

2.离心率为、且经过点的椭圆的标准方程为(      ).

A                   B

C                  D

3.椭圆的左、右焦点为,以为圆心作圆过椭圆中心并交椭圆于点,若直线是⊙的切线,则椭圆的离心率为(      ).

A         B        C        D

二、填空题

4.已知是椭圆上一点,若到椭圆右准线的距离是,则到左焦点的距离为_____________

5.若椭圆的离心率为,则它的长半轴长是______________

6.若椭圆上存在点