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所属成套资源:2021高考数学理科人教A版一轮复习学案作业
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2021高考数学(理)人教A版一轮复习学案作业:第九章9.5椭 圆第1课时
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§9.5 椭 圆
最新考纲
考情考向分析
1.了解椭圆的实际背景,了解椭圆在刻画现实世界和解决实际问题中的作用.
2.掌握椭圆的定义、几何图形、标准方程及简单几何性质.
3.能够把研究直线与椭圆位置关系的问题转化为研究方程解的问题,会根据根与系数的关系及判别式解决问题.
在高考中椭圆出现的次数最多,主要考查椭圆的定义、性质、方程,在解答题中多与直线、向量、轨迹等综合出现.
1.椭圆的概念
平面内与两个定点F1,F2的距离的和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做椭圆.这两个定点叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做椭圆的焦距.
集合P={M||MF1|+|MF2|=2a},|F1F2|=2c<2a,其中a>0,c>0,且a,c为常数.
2.椭圆的标准方程和几何性质
标准方程
+=1(a>b>0)
+=1(a>b>0)
图形
性
质
范围
-a≤x≤a
-b≤y≤b
-b≤x≤b
-a≤y≤a
对称性
对称轴:坐标轴 对称中心:原点
顶点坐标
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
长轴A1A2的长为2a;短轴B1B2的长为2b
焦距
|F1F2|=2c
离心率
e=∈(0,1)
a,b,c的关系
a2=b2+c2
概念方法微思考
1.在椭圆的定义中,若2a=|F1F2|或2a<|F1F2|,动点P的轨迹如何?
提示 当2a=|F1F2|时动点P的轨迹是线段F1F2;当2a<|F1F2|时动点P的轨迹是不存在的.
2.椭圆的离心率的大小与椭圆的扁平程度有怎样的关系?
提示 由e==知,当a不变时,e越大,b越小,椭圆越扁;e越小,b越大,椭圆越圆.
题组一 思考辨析
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)椭圆是轴对称图形,也是中心对称图形.( √ )
(2)椭圆上一点P与两焦点F1,F2构成△PF1F2的周长为2a+2c(其中a为椭圆的长半轴长,c为椭圆的半焦距).( √ )
(3)方程mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n)表示的曲线是椭圆.( √ )
(4)+=1(a>b>0)与+=1(a>b>0)的焦距相等.( √ )
题组二 教材改编
2.椭圆+=1的焦距为4,则m等于( )
A.4 B.8 C.4或8 D.12
答案 C
解析 当焦点在x轴上时,10-m>m-2>0,10-m-(m-2)=4,∴m=4.
当焦点在y轴上时,m-2>10-m>0,m-2-(10-m)=4,∴m=8.
∴m=4或8.
3.过点A(3,-2)且与椭圆+=1有相同焦点的椭圆的方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
答案 A
解析 由题意知c2=5,可设椭圆方程为+=1(λ>0),则+=1,解得λ=10或λ=-2(舍去),
∴所求椭圆的方程为+=1.
4.已知点P是椭圆+=1上y轴右侧的一点,且以点P及焦点F1,F2为顶点的三角形的面积等于1,则点P的坐标为__________________.
答案 或
解析 设P(x,y),由题意知c2=a2-b2=5-4=1,
所以c=1,则F1(-1,0),F2(1,0).
由题意可得点P到x轴的距离为1,
所以y=±1,把y=±1代入+=1,
得x=±,又x>0,所以x=,
所以P点坐标为或.
题组三 易错自纠
5.若方程+=1表示椭圆,则m的取值范围是( )
A.(-3,5)
B.(-5,3)
C.(-3,1)∪(1,5)
D.(-5,1)∪(1,3)
答案 C
解析 由方程表示椭圆知
解得-3
6.已知椭圆+=1(m>0)的离心率e=,则m的值为________.
答案 3或
解析 若a2=5,b2=m,则c=,
由=,即=,解得m=3.
若a2=m,b2=5,则c=.
由=,即=,解得m=.
第1课时 椭圆及其性质
椭圆的定义及其应用
1.(2019·河北保定模拟)与圆C1:(x+3)2+y2=1外切,且与圆C2:(x-3)2+y2=81内切的动圆圆心P的轨迹方程为________.
答案 +=1
解析 设动圆的半径为r,圆心为P(x,y),则有|PC1|=r+1,|PC2|=9-r.所以|PC1|+|PC2|=10>|C1C2|=6,即P在以C1(-3,0),C2(3,0)为焦点,长轴长为10的椭圆上,得点P的轨迹方程为+=1.
2.如图,△ABC的顶点B,C在椭圆+y2=1上,顶点A是椭圆的一个焦点,且椭圆的另外一个焦点在BC边上,则△ABC的周长是________.
答案 4
解析 ∵a2=3,∴a=.
△ABC的周长为|AC|+|AB|+|BC|=|AC|+|CF2|+|AB|+|BF2|=2a+2a=4a=4.
3.设点P为椭圆C:+=1(a>2)上一点,F1,F2分别为C的左、右焦点,且∠F1PF2=60°,则△PF1F2的面积为________.
答案
解析 由题意知,c=.又∠F1PF2=60°,|F1P|+|PF2|=2a,|F1F2|=2,∴|F1F2|2=(|F1P|+|PF2|)2-2|F1P||PF2|-2|F1P|·|PF2|cos 60°=4a2-3|F1P|·|PF2|=4a2-16,
∴|F1P|·|PF2|=,∴=|F1P|·|PF2|sin 60°=××=.
4.已知F是椭圆5x2+9y2=45的左焦点,P是此椭圆上的动点,A(1,1)是一定点,则|PA|+|PF|的最大值为________,最小值为________.
答案 6+ 6-
解析 椭圆方程化为+=1,
设F1是椭圆的右焦点,则F1(2,0),
∴|AF1|=,∴|PA|+|PF|=|PA|-|PF1|+6,
又-|AF1|≤|PA|-|PF1|≤|AF1|(当P,A,F1共线时等号成立),
∴|PA|+|PF|≤6+,|PA|+|PF|≥6-.
思维升华 椭圆定义的应用技巧
(1)椭圆定义的应用主要有:求椭圆的标准方程,求焦点三角形的周长、面积及弦长、最值和离心率等.
(2)通常定义和余弦定理结合使用,求解关于焦点三角形的周长和面积问题.
椭圆的标准方程
命题点1 定义法
例1 (1)(2020·湖北“荆、荆、襄、宜”四地七校联考)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为,过F2的直线与椭圆C交于A,B两点,若△F1AB的周长为8,则椭圆方程为( )
A.+=1 B.+=1 C.+y2=1 D.+=1
答案 A
解析 如图,由椭圆的定义可知,△F1AB的周长为4a,
∴4a=8,a=2,又离心率为,
∴c=1,b2=3,所以椭圆方程为+=1.
(2)(2019·全国Ⅰ)已知椭圆C的焦点为F1(-1,0),F2(1,0),过F2的直线与C交于A,B两点.若|AF2|=2|F2B|,|AB|=|BF1|,则C的方程为( )
A.+y2=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
答案 B
解析 由题意设椭圆的方程为+=1(a>b>0),连接F1A,
令|F2B|=m,则|AF2|=2m,|BF1|=3m.
由椭圆的定义知,4m=2a,得m=,
故|F2A|=a=|F1A|,
则点A为椭圆C的上顶点或下顶点.
令∠OAF2=θ(O为坐标原点),则sin θ==.
在等腰三角形ABF1中,cos 2θ==,
因为cos 2θ=1-2sin2θ,所以=1-22,得a2=3.
又c2=1,所以b2=a2-c2=2,
椭圆C的方程为+=1,故选B.
命题点2 待定系数法
例2 (1)已知椭圆的中心在原点,以坐标轴为对称轴,且经过两点,(,),则椭圆方程为__________.
答案 +=1
解析 设椭圆方程为mx2+ny2=1(m,n>0,m≠n).
由
解得m=,n=.
∴椭圆方程为+=1.
(2)过点(,-),且与椭圆+=1有相同焦点的椭圆的标准方程为________.
答案 +=1
解析 方法一 (待定系数法):设所求椭圆方程为+=1(k<9),将点(,-)的坐标代入可得+=1,解得k=5(k=21 舍去),所以所求椭圆的标准方程为+=1.
方法二 (定义法):椭圆+=1的焦点为(0,-4),(0,4),即c=4.
由椭圆的定义知,2a=+,解得a=2.
由c2=a2-b2可得b2=4.
所以所求椭圆的标准方程为+=1.
思维升华 (1)利用定义法求椭圆方程,要注意条件2a>|F1F2|;利用待定系数法要先定形(焦点位置),再定量,也可把椭圆方程设为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n)的形式.
(2)椭圆的标准方程的两个应用
①方程+=1与+=λ(λ>0)有相同的离心率.
②与椭圆+=1(a>b>0)共焦点的椭圆系方程为+=1(a>b>0,k+b2>0)恰当运用椭圆系方程,可使运算简便.
跟踪训练1 (1)(2019·福建泉州模拟)已知椭圆的两个焦点为F1(-,0),F2(,0),M是椭圆上一点,若MF1⊥MF2,|MF1|·|MF2|=8,则该椭圆的方程是( )
A.+=1 B.+=1 C.+=1 D.+=1
答案 C
解析 设|MF1|=m,|MF2|=n,∵MF1⊥MF2,|MF1|·|MF2|=8,|F1F2|=2,
∴m2+n2=20,mn=8,
∴(m+n)2=36,∴m+n=2a=6,∴a=3.
∵c=,∴b==2.
∴椭圆的方程是+=1.
(2)与椭圆+=1有相同离心率且经过点(2,-)的椭圆标准方程为________.
答案 +=1或+=1
解析 方法一 ∵e=====,若焦点在x轴上,设所求椭圆方程为+=1(m>n>0),则1-2=.从而2=,=.
又+=1,∴m2=8,n2=6.
∴所求椭圆的标准方程为+=1.
若焦点在y轴上,设椭圆的方程为+=1(m>n>0),
则+=1,且=,解得m2=,n2=.
故所求椭圆的标准方程为+=1.
方法二 若焦点在x轴上,设所求椭圆方程为+=t(t>0),
将点(2,-)代入,得t=+=2.
故所求椭圆的标准方程为+=1.
若焦点在y轴上,设方程为+=λ(λ>0)代入点(2,-),得λ=,
∴所求椭圆的标准方程为+=1.
椭圆的几何性质
命题点1 离心率
例3 (1)(2018·全国Ⅱ)已知F1,F2是椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点,A是C的左顶点,点P在过A且斜率为的直线上,△PF1F2为等腰三角形,∠F1F2P=120°,则C的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 如图,作PB⊥x轴于点B.
由题意可设|F1F2|=|PF2|=2,则c=1,
由∠F1F2P=120°,
可得|PB|=,|BF2|=1,
故|AB|=a+1+1=a+2,
tan∠PAB===,
解得a=4,所以e==.
(2)若椭圆上存在三点,使得这三点与椭圆中心恰好是一个正方形的四个顶点,则该椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 设椭圆的方程为+=1(a>b>0),根据椭圆与正方形的对称性,可画出满足题意的图形,如图所示,
因为|OB|=a,所以|OA|=a,
所以点A的坐标为,
又点A在椭圆上,所以+=1,所以a2=3b2,
所以a2=3(a2-c2),所以3c2=2a2,
所以椭圆的离心率e==.
(3)已知F1,F2是椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点,若椭圆上存在点P,使∠F1PF2=90°,则椭圆的离心率的取值范围是________.
答案
解析 若存在点P,则圆x2+y2=c2与椭圆有公共点,
则∠F1BF2≥90°(B为短轴端点),
即b≤c ∴a2-c2≤c2,
∴a2≤2c2,
∴≤e<1.
命题点2 与椭圆有关的范围(最值)
例4 (1)已知椭圆+=1(0 答案
解析 由椭圆的方程可知a=2,
由椭圆的定义可知,|AF2|+|BF2|+|AB|=4a=8,
所以|AB|=8-(|AF2|+|BF2|)≥3,
当AB垂直于x轴时|AB|有最小值,则=3.
所以b2=3,即b=.
(2)(2017·全国Ⅰ)设A,B是椭圆C:+=1长轴的两个端点.若C上存在点M满足∠AMB=120°,则m的取值范围是( )
A.(0,1]∪[9,+∞) B.(0,]∪[9,+∞)
C.(0,1]∪[4,+∞) D.(0,]∪[4,+∞)
答案 A
解析 方法一 设焦点在x轴上,点M(x,y).
过点M作x轴的垂线,交x轴于点N,
则N(x,0).
故tan∠AMB=tan(∠AMN+∠BMN)==.
又tan∠AMB=tan 120°=-,
且由+=1,可得x2=3-,
则==-.
解得|y|=.
又0<|y|≤,即0<≤,
结合0
对于焦点在y轴上的情况,同理亦可得m≥9.
则m的取值范围是(0,1]∪[9,+∞).
故选A.
方法二 当0
要使C上存在点M满足∠AMB=120°,
则≥tan 60°=,即≥,
解得0
当m>3时,焦点在y轴上,
要使C上存在点M满足∠AMB=120°,
则≥tan 60°=,即≥,解得m≥9.
故m的取值范围为(0,1]∪[9,+∞).
故选A.
思维升华 (1)求椭圆离心率或其范围的方法
解题的关键是借助图形建立关于a,b,c的关系式(等式或不等式),转化为e的关系式,常用方法如下:
①直接求出a,c,利用离心率公式e=求解.
②由a与b的关系求离心率,利用变形公式e=求解.
③构造a,c的齐次式.离心率e的求解中可以不求出a,c的具体值,而是得出a与c的关系,从而求得e.
(2)利用椭圆几何性质求值或范围的思路
①将所求问题用椭圆上点的坐标表示,利用坐标范围构造函数或不等关系.
②将所求范围用a,b,c表示,利用a,b,c自身的范围、关系求范围.
跟踪训练2 (1)(2019·温州模拟)正方形ABCD的四个顶点都在椭圆+=1(a>b>0)上,若椭圆的焦点在正方形的内部,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A. B.
C. D.
答案 B
解析 设正方形的边长为2m,
∵椭圆的焦点在正方形的内部,∴m>c.
又正方形ABCD的四个顶点都在椭圆+=1(a>b>0)上,
∴+=1>+=e2+,
整理得e4-3e2+1>0,e2<=,
∴0
(2)(2018·浙江)已知点P(0,1),椭圆+y2=m(m>1)上两点A,B满足=2,则当m=________时,点B横坐标的绝对值最大.
答案 5
解析 设A(x1,y1),B(x2,y2),由=2,
得即x1=-2x2,y1=3-2y2,
因为点A,B在椭圆上,
所以得y2=m+,
所以x=m-(3-2y2)2=-m2+m-=-(m-5)2+4≤4,
所以当m=5时,点B横坐标的绝对值最大,最大值为2.
1.(2020·长沙雅礼中学模拟)“2
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
答案 B
解析 若方程+=1表示椭圆,
则解得2
所以2
2.(2019·北京)已知椭圆+=1(a>b>0)的离心率为,则( )
A.a2=2b2 B.3a2=4b2 C.a=2b D.3a=4b
答案 B
解析 由题意,得=,∴=,又a2=b2+c2,
∴=,=,∴4b2=3a2.故选B.
3.若椭圆C:+=1(a>b>0)的短轴长等于焦距,则椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 C
解析 依题意可知,c=b,
又a==c,∴椭圆的离心率e==.
4.已知椭圆C:+=1(a>b>0),若长轴的长为6,且两焦点恰好将长轴三等分,则此椭圆的标准方程为( )
A.+=1 B.+=1 C.+=1 D.+=1
答案 B
解析 由题意知2a=6,2c=×6,所以a=3,c=1,则b==2,所以此椭圆的标准方程为+=1.
5.(2020·湖北八市重点高中联考)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的右焦点为F,过点F作圆x2+y2=b2的切线,若两条切线互相垂直,则椭圆C的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 如图,由题意可得,b=c,则2b2=c2,
即2(a2-c2)=c2,则2a2=3c2,∴=,即e==.
6.已知F1,F2分别是椭圆的左、右焦点,现以F2为圆心作一个圆恰好经过椭圆中心并且交椭圆于点M,N,若过F1的直线MF1是圆F2的切线,则椭圆的离心率为( )
A.-1 B.2- C. D.
答案 A
解析 ∵过F1的直线MF1是圆F2的切线,∴∠F1MF2=90°,|MF2|=c,
∵|F1F2|=2c,∴|MF1|=c,由椭圆定义可得|MF1|+|MF2|=c+c=2a,
∴椭圆的离心率e==-1.
7.(2020·广东华附、省实、广雅、深中联考)设F1,F2分别是椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点,若在直线x=上存在点P,使线段PF1的中垂线过点F2,则椭圆离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 设P,F1(-c,0),F2(c,0),由线段PF1的中垂线过点F2得|PF2|=|F1F2|,即=2c,得m2=4c2-2=-+2a2+3c2≥0,即3c4+2a2c2-a4≥0,得3e4+2e2-1≥0,解得e2≥,又0
8.焦距是8,离心率等于的椭圆的标准方程为________________.
答案 +=1或+=1
解析 由题意知解得
又b2=a2-c2,∴b2=9,
当焦点在x轴上时,椭圆的标准方程为+=1,
当焦点在y轴上时,椭圆的标准方程为+=1.
9.已知椭圆+=1(a>b>0)的一个焦点为F1,若椭圆上存在一点P,满足以椭圆短轴为直径的圆与线段PF1相切于该线段的中点,则椭圆的离心率为________.
答案
解析 设线段PF1的中点为M,另一个焦点为F2,由题意知,|OM|=b,又OM是△F2PF1的中位线,∴|OM|=|PF2|=b,|PF2|=2b,由椭圆的定义知|PF1|=2a-|PF2|=2a-2b.
又|MF1|=|PF1|=(2a-2b)=a-b,
又|OF1|=c,在Rt△OMF1中,由勾股定理得(a-b)2+b2=c2,
又a2-b2=c2,可得2a=3b,
故有4a2=9b2=9(a2-c2),
所以所求椭圆的离心率e==.
10.(2018·阜阳模拟)已知F1,F2是椭圆+=1(a>b>0)的左、右两个焦点,若椭圆上存在点P使得PF1⊥PF2,则该椭圆的离心率的取值范围是________.
答案
解析 ∵F1,F2是椭圆+=1(a>b>0)的左、右两个焦点,
∴离心率0
由PF1⊥PF2,得(x+c,y)·(x-c,y)=0,化简得x2+y2=c2.
联立方程组
整理得x2=(2c2-a2)·≥0,解得e≥.
又0
11.已知点P是圆F1:(x+1)2+y2=16上任意一点(F1是圆心),点F2与点F1关于原点对称.线段PF2的垂直平分线m分别与PF1,PF2交于M,N两点.求点M的轨迹方程.
解 由题意得F1(-1,0),F2(1,0),圆F1的半径为4,
且|MF2|=|MP|,从而|MF1|+|MF2|=|MF1|+|MP|=|PF1|=4>|F1F2|,
所以点M的轨迹是以F1,F2为焦点的椭圆,
其中长轴长为4,焦距为2,则短半轴长为,
所以点M的轨迹方程为+=1.
12.如图所示,已知椭圆+=1(a>b>0),F1,F2分别为椭圆的左、右焦点,A为椭圆的上顶点,直线AF2交椭圆于另一点B.
(1)若∠F1AB=90°,求椭圆的离心率;
(2)若椭圆的焦距为2,且=2,求椭圆的方程.
解 (1)若∠F1AB=90°,则△AOF2为等腰直角三角形,所以有|OA|=|OF2|,即b=c.
所以a=c,e==.
(2)由题意知A(0,b),F2(1,0),设B(x,y),
由=2,得解得x=,y=-.
代入+=1,得+=1.
即+=1,解得a2=3.
所以椭圆方程为+=1.
13.在平面直角坐标系xOy中,P是椭圆+=1上的一个动点,点A(1,1),B(0,-1),则|PA|+|PB|的最大值为( )
A.5 B.4 C.3 D.2
答案 A
解析 ∵椭圆的方程为+=1.
∴a2=4,b2=3,c2=1,
∴B(0,-1)是椭圆的一个焦点,设另一个焦点为C(0,1),如图所示,
根据椭圆的定义知,|PB|+|PC|=4,
∴|PB|=4-|PC|,
∴|PA|+|PB|=4+|PA|-|PC|≤4+|AC|=5.
14.(2019·浙江)已知椭圆+=1的左焦点为F,点P在椭圆上且在x轴的上方.若线段PF的中点在以原点O为圆心,|OF|为半径的圆上,则直线PF的斜率是________.
答案
解析 如图,左焦点F(-2,0),右焦点F′(2,0).
线段PF的中点M在以O(0,0)为圆心,2为半径的圆上,
因此|OM|=2.
在△FF′P中,OM綊PF′,
所以|PF′|=4.
根据椭圆的定义,得|PF|+|PF′|=6,
所以|PF|=2.
又因为|FF′|=4,
所以在Rt△MFF′中,
tan∠PFF′===,
即直线PF的斜率是.
15.(2019·临川一中模拟)设椭圆+=1(a>b>0)的离心率为e=,右焦点为F(c,0),方程ax2+bx-c=0的两个实根分别为x1和x2,则点P( )
A.必在圆x2+y2=2内
B.必在圆x2+y2=2上
C.必在圆x2+y2=2外
D.以上三种情形都有可能
答案 A
解析 ∵椭圆的离心率e==,
∴c=a,b==a,
∴ax2+bx-c=ax2+ax-a=0,
∵a≠0,
∴x2+x-=0,
又该方程的两个实根分别为x1和x2,
x1+x2=-,x1x2=-,
∴x+x=(x1+x2)2-2x1x2=+1<2.
∴点P在圆x2+y2=2的内部.
16.已知椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1(-c,0),F2(c,0),若椭圆上存在点P使=,求该椭圆的离心率的取值范围.
解 由=得=.
又由正弦定理得=,
所以=,即|PF1|=|PF2|.
又由椭圆的定义得|PF1|+|PF2|=2a,
所以|PF2|=,|PF1|=,
因为PF2是△PF1F2的一边,
所以有2c-<<2c+,
即c2+2ac-a2>0,
所以e2+2e-1>0(0
故椭圆离心率的取值范围为(-1,1).
最新考纲
考情考向分析
1.了解椭圆的实际背景,了解椭圆在刻画现实世界和解决实际问题中的作用.
2.掌握椭圆的定义、几何图形、标准方程及简单几何性质.
3.能够把研究直线与椭圆位置关系的问题转化为研究方程解的问题,会根据根与系数的关系及判别式解决问题.
在高考中椭圆出现的次数最多,主要考查椭圆的定义、性质、方程,在解答题中多与直线、向量、轨迹等综合出现.
1.椭圆的概念
平面内与两个定点F1,F2的距离的和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做椭圆.这两个定点叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做椭圆的焦距.
集合P={M||MF1|+|MF2|=2a},|F1F2|=2c<2a,其中a>0,c>0,且a,c为常数.
2.椭圆的标准方程和几何性质
标准方程
+=1(a>b>0)
+=1(a>b>0)
图形
性
质
范围
-a≤x≤a
-b≤y≤b
-b≤x≤b
-a≤y≤a
对称性
对称轴:坐标轴 对称中心:原点
顶点坐标
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
长轴A1A2的长为2a;短轴B1B2的长为2b
焦距
|F1F2|=2c
离心率
e=∈(0,1)
a,b,c的关系
a2=b2+c2
概念方法微思考
1.在椭圆的定义中,若2a=|F1F2|或2a<|F1F2|,动点P的轨迹如何?
提示 当2a=|F1F2|时动点P的轨迹是线段F1F2;当2a<|F1F2|时动点P的轨迹是不存在的.
2.椭圆的离心率的大小与椭圆的扁平程度有怎样的关系?
提示 由e==知,当a不变时,e越大,b越小,椭圆越扁;e越小,b越大,椭圆越圆.
题组一 思考辨析
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)椭圆是轴对称图形,也是中心对称图形.( √ )
(2)椭圆上一点P与两焦点F1,F2构成△PF1F2的周长为2a+2c(其中a为椭圆的长半轴长,c为椭圆的半焦距).( √ )
(3)方程mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n)表示的曲线是椭圆.( √ )
(4)+=1(a>b>0)与+=1(a>b>0)的焦距相等.( √ )
题组二 教材改编
2.椭圆+=1的焦距为4,则m等于( )
A.4 B.8 C.4或8 D.12
答案 C
解析 当焦点在x轴上时,10-m>m-2>0,10-m-(m-2)=4,∴m=4.
当焦点在y轴上时,m-2>10-m>0,m-2-(10-m)=4,∴m=8.
∴m=4或8.
3.过点A(3,-2)且与椭圆+=1有相同焦点的椭圆的方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
答案 A
解析 由题意知c2=5,可设椭圆方程为+=1(λ>0),则+=1,解得λ=10或λ=-2(舍去),
∴所求椭圆的方程为+=1.
4.已知点P是椭圆+=1上y轴右侧的一点,且以点P及焦点F1,F2为顶点的三角形的面积等于1,则点P的坐标为__________________.
答案 或
解析 设P(x,y),由题意知c2=a2-b2=5-4=1,
所以c=1,则F1(-1,0),F2(1,0).
由题意可得点P到x轴的距离为1,
所以y=±1,把y=±1代入+=1,
得x=±,又x>0,所以x=,
所以P点坐标为或.
题组三 易错自纠
5.若方程+=1表示椭圆,则m的取值范围是( )
A.(-3,5)
B.(-5,3)
C.(-3,1)∪(1,5)
D.(-5,1)∪(1,3)
答案 C
解析 由方程表示椭圆知
解得-3
答案 3或
解析 若a2=5,b2=m,则c=,
由=,即=,解得m=3.
若a2=m,b2=5,则c=.
由=,即=,解得m=.
第1课时 椭圆及其性质
椭圆的定义及其应用
1.(2019·河北保定模拟)与圆C1:(x+3)2+y2=1外切,且与圆C2:(x-3)2+y2=81内切的动圆圆心P的轨迹方程为________.
答案 +=1
解析 设动圆的半径为r,圆心为P(x,y),则有|PC1|=r+1,|PC2|=9-r.所以|PC1|+|PC2|=10>|C1C2|=6,即P在以C1(-3,0),C2(3,0)为焦点,长轴长为10的椭圆上,得点P的轨迹方程为+=1.
2.如图,△ABC的顶点B,C在椭圆+y2=1上,顶点A是椭圆的一个焦点,且椭圆的另外一个焦点在BC边上,则△ABC的周长是________.
答案 4
解析 ∵a2=3,∴a=.
△ABC的周长为|AC|+|AB|+|BC|=|AC|+|CF2|+|AB|+|BF2|=2a+2a=4a=4.
3.设点P为椭圆C:+=1(a>2)上一点,F1,F2分别为C的左、右焦点,且∠F1PF2=60°,则△PF1F2的面积为________.
答案
解析 由题意知,c=.又∠F1PF2=60°,|F1P|+|PF2|=2a,|F1F2|=2,∴|F1F2|2=(|F1P|+|PF2|)2-2|F1P||PF2|-2|F1P|·|PF2|cos 60°=4a2-3|F1P|·|PF2|=4a2-16,
∴|F1P|·|PF2|=,∴=|F1P|·|PF2|sin 60°=××=.
4.已知F是椭圆5x2+9y2=45的左焦点,P是此椭圆上的动点,A(1,1)是一定点,则|PA|+|PF|的最大值为________,最小值为________.
答案 6+ 6-
解析 椭圆方程化为+=1,
设F1是椭圆的右焦点,则F1(2,0),
∴|AF1|=,∴|PA|+|PF|=|PA|-|PF1|+6,
又-|AF1|≤|PA|-|PF1|≤|AF1|(当P,A,F1共线时等号成立),
∴|PA|+|PF|≤6+,|PA|+|PF|≥6-.
思维升华 椭圆定义的应用技巧
(1)椭圆定义的应用主要有:求椭圆的标准方程,求焦点三角形的周长、面积及弦长、最值和离心率等.
(2)通常定义和余弦定理结合使用,求解关于焦点三角形的周长和面积问题.
椭圆的标准方程
命题点1 定义法
例1 (1)(2020·湖北“荆、荆、襄、宜”四地七校联考)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为,过F2的直线与椭圆C交于A,B两点,若△F1AB的周长为8,则椭圆方程为( )
A.+=1 B.+=1 C.+y2=1 D.+=1
答案 A
解析 如图,由椭圆的定义可知,△F1AB的周长为4a,
∴4a=8,a=2,又离心率为,
∴c=1,b2=3,所以椭圆方程为+=1.
(2)(2019·全国Ⅰ)已知椭圆C的焦点为F1(-1,0),F2(1,0),过F2的直线与C交于A,B两点.若|AF2|=2|F2B|,|AB|=|BF1|,则C的方程为( )
A.+y2=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
答案 B
解析 由题意设椭圆的方程为+=1(a>b>0),连接F1A,
令|F2B|=m,则|AF2|=2m,|BF1|=3m.
由椭圆的定义知,4m=2a,得m=,
故|F2A|=a=|F1A|,
则点A为椭圆C的上顶点或下顶点.
令∠OAF2=θ(O为坐标原点),则sin θ==.
在等腰三角形ABF1中,cos 2θ==,
因为cos 2θ=1-2sin2θ,所以=1-22,得a2=3.
又c2=1,所以b2=a2-c2=2,
椭圆C的方程为+=1,故选B.
命题点2 待定系数法
例2 (1)已知椭圆的中心在原点,以坐标轴为对称轴,且经过两点,(,),则椭圆方程为__________.
答案 +=1
解析 设椭圆方程为mx2+ny2=1(m,n>0,m≠n).
由
解得m=,n=.
∴椭圆方程为+=1.
(2)过点(,-),且与椭圆+=1有相同焦点的椭圆的标准方程为________.
答案 +=1
解析 方法一 (待定系数法):设所求椭圆方程为+=1(k<9),将点(,-)的坐标代入可得+=1,解得k=5(k=21 舍去),所以所求椭圆的标准方程为+=1.
方法二 (定义法):椭圆+=1的焦点为(0,-4),(0,4),即c=4.
由椭圆的定义知,2a=+,解得a=2.
由c2=a2-b2可得b2=4.
所以所求椭圆的标准方程为+=1.
思维升华 (1)利用定义法求椭圆方程,要注意条件2a>|F1F2|;利用待定系数法要先定形(焦点位置),再定量,也可把椭圆方程设为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n)的形式.
(2)椭圆的标准方程的两个应用
①方程+=1与+=λ(λ>0)有相同的离心率.
②与椭圆+=1(a>b>0)共焦点的椭圆系方程为+=1(a>b>0,k+b2>0)恰当运用椭圆系方程,可使运算简便.
跟踪训练1 (1)(2019·福建泉州模拟)已知椭圆的两个焦点为F1(-,0),F2(,0),M是椭圆上一点,若MF1⊥MF2,|MF1|·|MF2|=8,则该椭圆的方程是( )
A.+=1 B.+=1 C.+=1 D.+=1
答案 C
解析 设|MF1|=m,|MF2|=n,∵MF1⊥MF2,|MF1|·|MF2|=8,|F1F2|=2,
∴m2+n2=20,mn=8,
∴(m+n)2=36,∴m+n=2a=6,∴a=3.
∵c=,∴b==2.
∴椭圆的方程是+=1.
(2)与椭圆+=1有相同离心率且经过点(2,-)的椭圆标准方程为________.
答案 +=1或+=1
解析 方法一 ∵e=====,若焦点在x轴上,设所求椭圆方程为+=1(m>n>0),则1-2=.从而2=,=.
又+=1,∴m2=8,n2=6.
∴所求椭圆的标准方程为+=1.
若焦点在y轴上,设椭圆的方程为+=1(m>n>0),
则+=1,且=,解得m2=,n2=.
故所求椭圆的标准方程为+=1.
方法二 若焦点在x轴上,设所求椭圆方程为+=t(t>0),
将点(2,-)代入,得t=+=2.
故所求椭圆的标准方程为+=1.
若焦点在y轴上,设方程为+=λ(λ>0)代入点(2,-),得λ=,
∴所求椭圆的标准方程为+=1.
椭圆的几何性质
命题点1 离心率
例3 (1)(2018·全国Ⅱ)已知F1,F2是椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点,A是C的左顶点,点P在过A且斜率为的直线上,△PF1F2为等腰三角形,∠F1F2P=120°,则C的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 如图,作PB⊥x轴于点B.
由题意可设|F1F2|=|PF2|=2,则c=1,
由∠F1F2P=120°,
可得|PB|=,|BF2|=1,
故|AB|=a+1+1=a+2,
tan∠PAB===,
解得a=4,所以e==.
(2)若椭圆上存在三点,使得这三点与椭圆中心恰好是一个正方形的四个顶点,则该椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 设椭圆的方程为+=1(a>b>0),根据椭圆与正方形的对称性,可画出满足题意的图形,如图所示,
因为|OB|=a,所以|OA|=a,
所以点A的坐标为,
又点A在椭圆上,所以+=1,所以a2=3b2,
所以a2=3(a2-c2),所以3c2=2a2,
所以椭圆的离心率e==.
(3)已知F1,F2是椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点,若椭圆上存在点P,使∠F1PF2=90°,则椭圆的离心率的取值范围是________.
答案
解析 若存在点P,则圆x2+y2=c2与椭圆有公共点,
则∠F1BF2≥90°(B为短轴端点),
即b≤c ∴a2-c2≤c2,
∴a2≤2c2,
∴≤e<1.
命题点2 与椭圆有关的范围(最值)
例4 (1)已知椭圆+=1(0 答案
解析 由椭圆的方程可知a=2,
由椭圆的定义可知,|AF2|+|BF2|+|AB|=4a=8,
所以|AB|=8-(|AF2|+|BF2|)≥3,
当AB垂直于x轴时|AB|有最小值,则=3.
所以b2=3,即b=.
(2)(2017·全国Ⅰ)设A,B是椭圆C:+=1长轴的两个端点.若C上存在点M满足∠AMB=120°,则m的取值范围是( )
A.(0,1]∪[9,+∞) B.(0,]∪[9,+∞)
C.(0,1]∪[4,+∞) D.(0,]∪[4,+∞)
答案 A
解析 方法一 设焦点在x轴上,点M(x,y).
过点M作x轴的垂线,交x轴于点N,
则N(x,0).
故tan∠AMB=tan(∠AMN+∠BMN)==.
又tan∠AMB=tan 120°=-,
且由+=1,可得x2=3-,
则==-.
解得|y|=.
又0<|y|≤,即0<≤,
结合0
则m的取值范围是(0,1]∪[9,+∞).
故选A.
方法二 当0
则≥tan 60°=,即≥,
解得0
要使C上存在点M满足∠AMB=120°,
则≥tan 60°=,即≥,解得m≥9.
故m的取值范围为(0,1]∪[9,+∞).
故选A.
思维升华 (1)求椭圆离心率或其范围的方法
解题的关键是借助图形建立关于a,b,c的关系式(等式或不等式),转化为e的关系式,常用方法如下:
①直接求出a,c,利用离心率公式e=求解.
②由a与b的关系求离心率,利用变形公式e=求解.
③构造a,c的齐次式.离心率e的求解中可以不求出a,c的具体值,而是得出a与c的关系,从而求得e.
(2)利用椭圆几何性质求值或范围的思路
①将所求问题用椭圆上点的坐标表示,利用坐标范围构造函数或不等关系.
②将所求范围用a,b,c表示,利用a,b,c自身的范围、关系求范围.
跟踪训练2 (1)(2019·温州模拟)正方形ABCD的四个顶点都在椭圆+=1(a>b>0)上,若椭圆的焦点在正方形的内部,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A. B.
C. D.
答案 B
解析 设正方形的边长为2m,
∵椭圆的焦点在正方形的内部,∴m>c.
又正方形ABCD的四个顶点都在椭圆+=1(a>b>0)上,
∴+=1>+=e2+,
整理得e4-3e2+1>0,e2<=,
∴0
答案 5
解析 设A(x1,y1),B(x2,y2),由=2,
得即x1=-2x2,y1=3-2y2,
因为点A,B在椭圆上,
所以得y2=m+,
所以x=m-(3-2y2)2=-m2+m-=-(m-5)2+4≤4,
所以当m=5时,点B横坐标的绝对值最大,最大值为2.
1.(2020·长沙雅礼中学模拟)“2
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
答案 B
解析 若方程+=1表示椭圆,
则解得2
A.a2=2b2 B.3a2=4b2 C.a=2b D.3a=4b
答案 B
解析 由题意,得=,∴=,又a2=b2+c2,
∴=,=,∴4b2=3a2.故选B.
3.若椭圆C:+=1(a>b>0)的短轴长等于焦距,则椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 C
解析 依题意可知,c=b,
又a==c,∴椭圆的离心率e==.
4.已知椭圆C:+=1(a>b>0),若长轴的长为6,且两焦点恰好将长轴三等分,则此椭圆的标准方程为( )
A.+=1 B.+=1 C.+=1 D.+=1
答案 B
解析 由题意知2a=6,2c=×6,所以a=3,c=1,则b==2,所以此椭圆的标准方程为+=1.
5.(2020·湖北八市重点高中联考)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的右焦点为F,过点F作圆x2+y2=b2的切线,若两条切线互相垂直,则椭圆C的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 如图,由题意可得,b=c,则2b2=c2,
即2(a2-c2)=c2,则2a2=3c2,∴=,即e==.
6.已知F1,F2分别是椭圆的左、右焦点,现以F2为圆心作一个圆恰好经过椭圆中心并且交椭圆于点M,N,若过F1的直线MF1是圆F2的切线,则椭圆的离心率为( )
A.-1 B.2- C. D.
答案 A
解析 ∵过F1的直线MF1是圆F2的切线,∴∠F1MF2=90°,|MF2|=c,
∵|F1F2|=2c,∴|MF1|=c,由椭圆定义可得|MF1|+|MF2|=c+c=2a,
∴椭圆的离心率e==-1.
7.(2020·广东华附、省实、广雅、深中联考)设F1,F2分别是椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点,若在直线x=上存在点P,使线段PF1的中垂线过点F2,则椭圆离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
答案 D
解析 设P,F1(-c,0),F2(c,0),由线段PF1的中垂线过点F2得|PF2|=|F1F2|,即=2c,得m2=4c2-2=-+2a2+3c2≥0,即3c4+2a2c2-a4≥0,得3e4+2e2-1≥0,解得e2≥,又0
答案 +=1或+=1
解析 由题意知解得
又b2=a2-c2,∴b2=9,
当焦点在x轴上时,椭圆的标准方程为+=1,
当焦点在y轴上时,椭圆的标准方程为+=1.
9.已知椭圆+=1(a>b>0)的一个焦点为F1,若椭圆上存在一点P,满足以椭圆短轴为直径的圆与线段PF1相切于该线段的中点,则椭圆的离心率为________.
答案
解析 设线段PF1的中点为M,另一个焦点为F2,由题意知,|OM|=b,又OM是△F2PF1的中位线,∴|OM|=|PF2|=b,|PF2|=2b,由椭圆的定义知|PF1|=2a-|PF2|=2a-2b.
又|MF1|=|PF1|=(2a-2b)=a-b,
又|OF1|=c,在Rt△OMF1中,由勾股定理得(a-b)2+b2=c2,
又a2-b2=c2,可得2a=3b,
故有4a2=9b2=9(a2-c2),
所以所求椭圆的离心率e==.
10.(2018·阜阳模拟)已知F1,F2是椭圆+=1(a>b>0)的左、右两个焦点,若椭圆上存在点P使得PF1⊥PF2,则该椭圆的离心率的取值范围是________.
答案
解析 ∵F1,F2是椭圆+=1(a>b>0)的左、右两个焦点,
∴离心率0
联立方程组
整理得x2=(2c2-a2)·≥0,解得e≥.
又0
解 由题意得F1(-1,0),F2(1,0),圆F1的半径为4,
且|MF2|=|MP|,从而|MF1|+|MF2|=|MF1|+|MP|=|PF1|=4>|F1F2|,
所以点M的轨迹是以F1,F2为焦点的椭圆,
其中长轴长为4,焦距为2,则短半轴长为,
所以点M的轨迹方程为+=1.
12.如图所示,已知椭圆+=1(a>b>0),F1,F2分别为椭圆的左、右焦点,A为椭圆的上顶点,直线AF2交椭圆于另一点B.
(1)若∠F1AB=90°,求椭圆的离心率;
(2)若椭圆的焦距为2,且=2,求椭圆的方程.
解 (1)若∠F1AB=90°,则△AOF2为等腰直角三角形,所以有|OA|=|OF2|,即b=c.
所以a=c,e==.
(2)由题意知A(0,b),F2(1,0),设B(x,y),
由=2,得解得x=,y=-.
代入+=1,得+=1.
即+=1,解得a2=3.
所以椭圆方程为+=1.
13.在平面直角坐标系xOy中,P是椭圆+=1上的一个动点,点A(1,1),B(0,-1),则|PA|+|PB|的最大值为( )
A.5 B.4 C.3 D.2
答案 A
解析 ∵椭圆的方程为+=1.
∴a2=4,b2=3,c2=1,
∴B(0,-1)是椭圆的一个焦点,设另一个焦点为C(0,1),如图所示,
根据椭圆的定义知,|PB|+|PC|=4,
∴|PB|=4-|PC|,
∴|PA|+|PB|=4+|PA|-|PC|≤4+|AC|=5.
14.(2019·浙江)已知椭圆+=1的左焦点为F,点P在椭圆上且在x轴的上方.若线段PF的中点在以原点O为圆心,|OF|为半径的圆上,则直线PF的斜率是________.
答案
解析 如图,左焦点F(-2,0),右焦点F′(2,0).
线段PF的中点M在以O(0,0)为圆心,2为半径的圆上,
因此|OM|=2.
在△FF′P中,OM綊PF′,
所以|PF′|=4.
根据椭圆的定义,得|PF|+|PF′|=6,
所以|PF|=2.
又因为|FF′|=4,
所以在Rt△MFF′中,
tan∠PFF′===,
即直线PF的斜率是.
15.(2019·临川一中模拟)设椭圆+=1(a>b>0)的离心率为e=,右焦点为F(c,0),方程ax2+bx-c=0的两个实根分别为x1和x2,则点P( )
A.必在圆x2+y2=2内
B.必在圆x2+y2=2上
C.必在圆x2+y2=2外
D.以上三种情形都有可能
答案 A
解析 ∵椭圆的离心率e==,
∴c=a,b==a,
∴ax2+bx-c=ax2+ax-a=0,
∵a≠0,
∴x2+x-=0,
又该方程的两个实根分别为x1和x2,
x1+x2=-,x1x2=-,
∴x+x=(x1+x2)2-2x1x2=+1<2.
∴点P在圆x2+y2=2的内部.
16.已知椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1(-c,0),F2(c,0),若椭圆上存在点P使=,求该椭圆的离心率的取值范围.
解 由=得=.
又由正弦定理得=,
所以=,即|PF1|=|PF2|.
又由椭圆的定义得|PF1|+|PF2|=2a,
所以|PF2|=,|PF1|=,
因为PF2是△PF1F2的一边,
所以有2c-<<2c+,
即c2+2ac-a2>0,
所以e2+2e-1>0(0
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