【最新版】高中数学（新人教A版）习题+同步课件培优课 焦点三角形

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培优课　焦点三角形椭圆或双曲线上的点P(x0，y0)与左、右焦点构成的三角形称为焦点三角形，其中∠F1PF2为顶角θ，F1F2为底边.(1)在椭圆中，①焦点三角形的周长是定值，l＝2a＋2c.②△PF1F2中三边的关系，除定义|PF1|＋|PF2|＝2a外，还有余弦定理：|F1F2|2＝|PF1|2＋|PF2|2－2|PF1|·|PF2|·cos θ.③|PF1|·|PF2|的最大值为a2(当且仅当x0＝0时取得)，最小值为b2(当且仅当x0＝±a时取得).④S△PF1F2＝|PF1||PF2|sin θ＝b2tan＝c|y0|，当|y0|＝b，即P为短轴端点时，S△PF1F2取得最大值，最大值为bc.(2)在双曲线中，双曲线上的一点(非实轴端点)与两个焦点构成的三角形为焦点△PF1F2，由余弦定理与定义可得S△PF1F2＝＝c·|yP|.类型一　椭圆中的焦点三角形例1 已知F1，F2是椭圆＋＝1(a>b>0)的两个焦点，P为椭圆上一点，∠F1PF2＝60°.(1)求椭圆的离心率的取值范围；(2)求证：△F1PF2的面积只与椭圆的短轴长有关.(1)解　设|PF1|＝m，|PF2|＝n，在△F1PF2中，由余弦定理，得cos ∠F1PF2＝，即cos 60°＝＝－1≥－1＝－1＝1－＝1－2e2，当且仅当m＝n时取“＝”，所以e2≥.又e∈(0，1)，所以e∈.(2)证明　由(1)，知cos 60°＝＝－1，所以mn＝b2，所以S△F1PF2＝mnsin 60°＝b2，即△F1PF2的面积只与椭圆的短轴长有关.例2 椭圆M：＋＝1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1，F2，P为椭圆M上任一点，且|PF1|·|PF2|的最大值的取值范围是[2c2，3c2]，其中c＝，则椭圆M的离心率e的取值范围是(　　)A.   B.C.   D.答案　A解析　由基本不等式，得(|PF1|＋|PF2|)2≥4|PF1|·|PF2|.又|PF1|＋|PF2|＝2a，所以4a2≥4|PF1|·|PF2|，即|PF1|·|PF2|≤a2，所以(|PF1|·|PF2|)max＝a2，此时|PF1|＝|PF2|＝a，所以2c2≤a2≤3c2，得2e2≤1≤3e2，所以≤e2≤.又0<e<1，所以≤e≤.类型二　焦点三角形的面积及综合应用例3 设P是椭圆＋＝1上一点，F1、F2分别是椭圆的左、右焦点，若∠F1PF2＝60°，(1)求△F1PF2的面积；(2)求点P的坐标；(3)求·的值.解　(1)由椭圆方程知，a2＝25，b2＝，所以c2＝，则c＝，2c＝5.在△PF1F2中，|F1F2|2＝|PF1|2＋|PF2|2－2|PF1|·|PF2|cos 60°，即25＝|PF1|2＋|PF2|2－|PF1|·|PF2|.①由椭圆的定义，知10＝|PF1|＋|PF2|，所以100＝|PF1|2＋|PF2|2＋2|PF1|·|PF2|.②②－①，得3|PF1|·|PF2|＝75，所以|PF1|·|PF2|＝25，所以S△F1PF2＝|PF1|·|PF2|·sin 60°＝.(2)设P(x0，y0)，则S△F1PF2＝·|F1F2|·|y0|，由(1)可得＝×5·|y0|，于是|y0|＝，所以y0＝±，将代入椭圆方程，得＋＝1，解得x＝0，所以x0＝0，于是点P的坐标为或.(3)由(1)可得F1，F2，由(2)可知点P的坐标为或，所以＝，＝或＝，＝，故·＝－＋＝.例4 已知F1(－c，0)，F2(c，0)为椭圆＋＝1(a>b>0)的两个焦点，P在椭圆上，且△PF1F2的面积为b2，求cos∠F1PF2的值.解　依题意可得整理得|PF1|·|PF2|＝.∵△PF1F2的面积为b2，∴×·sin∠F1PF2＝b2，∴1＋cos∠F1PF2＝sin∠F1PF2，又∵sin2∠F1PF2＋cos2∠F1PF2＝1，∴cos∠F1PF2＝(cos∠F1PF2＝－1舍去).类型三　双曲线中的焦点三角形例5 如图所示，已知F1，F2分别为双曲线－＝1(a＞0，b＞0)的左、右焦点，点M为双曲线上一点，并且∠F1MF2＝θ，求△MF1F2的面积.解　在△MF1F2中，由余弦定理，得|F1F2|2＝|MF1|2＋|MF2|2－2|MF1|·|MF2|·cos θ.①∵|F1F2|2＝4c2，|MF1|2＋|MF2|2＝(|MF1|－|MF2|)2＋2|MF1|·|MF2|＝4a2＋2|MF1|·|MF2|，∴①式化为4c2＝4a2＋2|MF1|·|MF2|·(1－cos θ)，∴|MF1|·|MF2|＝，∴S△MF1F2＝|MF1|·|MF2|·sin θ＝＝＝.例6 已知双曲线－＝1(a＞0，b＞0)的左、右焦点分别是F1，F2，且|F1F2|＝2，若P是双曲线右支上一点，且满足|PF1|＝3|PF2|，则△PF1F2面积的最大值是(　　)A.  B.1  C.   D.答案　A解析　因为P是双曲线右支上一点，所以|PF1|－|PF2|＝2a，又|PF1|＝3|PF2|，所以|PF1|＝3a，|PF2|＝a，设∠F1PF2＝θ，所以cos θ＝＝.所以S2△PF1F2＝(a·3a·sin θ)2＝a4(1－)＝－4(a2－)2＋≤，所以S△PF1F2≤，当且仅当a2＝时等号成立.