高中数学人教A版 (2019)选择性必修 第一册3.1 椭圆练习题
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这是一份高中数学人教A版 (2019)选择性必修 第一册3.1 椭圆练习题,共73页。
知识点1 椭圆的简单几何性质
注:(1)椭圆的焦点一定在它的长轴上.
(2)椭圆上到中心的距离最小的点是短轴的两个端点,到中心的距离最大的点是长轴的两个端点.
(3)椭圆上到焦点的距离最大和最小的点分别是长轴的两个端点,最大值为a+c,最小值为a-c.
(4)椭圆有四个顶点、两个焦点,共六个特殊点,研究椭圆时一定要注意这六个特殊点的位置.
(5)已知椭圆的四个顶点,可以使用几何作图找出其焦点,方法是:以短轴的端点为圆心,a为半径作弧交长轴于两点,这两点就是该椭圆的焦点.
(6)椭圆的离心率e的大小反映椭圆的扁平程度,e越大,椭圆越扁;e越小,椭圆越圆.
拓展:用离心率e=eq \f(c,a)来刻画椭圆的扁平程度.
如图所示,在Rt△BF2O中,cs∠BF2O=eq \f(c,a),记e=eq \f(c,a),则00)的位置关系:
点P在椭圆上⇔eq \f(x\\al(2,0),a2)+eq \f(y\\al(2,0),b2)=1;点P在椭圆内部⇔eq \f(x\\al(2,0),a2)+eq \f(y\\al(2,0),b2)1.
【即学即练10】已知点(2,3)在椭圆eq \f(x2,m2)+eq \f(y2,n2)=1上,则下列说法正确的是( )
A.点(-2,3)在椭圆外 B.点(3,2)在椭圆上
C.点(-2,-3)在椭圆内D.点(2,-3)在椭圆上
【即学即练11】已知直线l过点(3,-1),且椭圆C:eq \f(x2,25)+eq \f(y2,36)=1,则直线l与椭圆C的公共点的个数为( )
A.1 B.1或2
C.2D.0
知识点3 直线与椭圆的位置关系
直线y=kx+m与椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的位置关系,判断方法:
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m,,\f(x2,a2)+\f(y2,b2)=1,))消y得一元二次方程.
当Δ>0时,方程有两解,直线与椭圆相交;
当Δ=0时,方程有一解,直线与椭圆相切;
当Δb>0)的位置关系:
点P在椭圆上⇔eq \f(x\\al(2,0),a2)+eq \f(y\\al(2,0),b2)=1;点P在椭圆内部⇔eq \f(x\\al(2,0),a2)+eq \f(y\\al(2,0),b2)1.
(一)点和椭圆位置关系的判断
【例3-1】点与椭圆的位置关系为( )
A.在椭圆上B.在椭圆内C.在椭圆外D.不能确定
(二)根据点和椭圆位置关系求参数
【例3-2】点在椭圆的外部,则a的取值范围是( )
A.B.
C.D.
变式1:若点在椭圆的内部,则实数的取值范围是( )
A.B.
C.D.
(三)点和椭圆位置关系的应用
【例3-3】若直线和圆没有公共点,则过点的直线与椭圆的交点个数是( )
A.0B.1C.2D.不确定
变式1:已知椭圆经过点,则的取值范围是( )
A.B.C.D.
考点四 求椭圆的离心率
解题方略:
求椭圆离心率及范围的两种方法
(1)直接法:若已知a,c可直接利用e=eq \f(c,a)求解.若已知a,b或b,c可借助于a2=b2+c2求出c或a,再代入公式e=eq \f(c,a)求解.
(2)方程法:若a,c的值不可求,则可根据条件建立a,b,c的关系式,借助于a2=b2+c2,转化为关于a,c的齐次方程或不等式,再将方程或不等式两边同除以a的最高次幂,得到关于e的方程或不等式,即可求得e的值或范围.
(一)求椭圆的离心率
【例4-1】若椭圆的两个焦点与短轴的一个端点构成一个正三角形,则该椭圆的离心率为( )
A.eq \f(1,2)B.eq \f(\r(3),2)
C.eq \f(\r(3),4)D.eq \f(\r(6),4)
变式1:若椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,线段F1F2被点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(b,2),0))分成5∶3的两段,则此椭圆的离心率为( )
A.eq \f(16,17)B.eq \f(4\r(17),17)
C.eq \f(4,5)D.eq \f(2\r(5),5)
变式2:已知椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左焦点为F,右顶点为A,点B在椭圆上,且BF⊥x轴,直线AB交y轴于点P,若eq \(AP,\s\up7(―→))=2eq \(PB,\s\up7(―→)),则椭圆的离心率是( )
A.eq \f(\r(3),2)B.eq \f(\r(2),2)
C.eq \f(1,3)D.eq \f(1,2)
变式3:已知椭圆E:eq \f(y2,a2)+eq \f(x2,b2)=1(a>b>0)与直线y=b相交于A,B两点,O是坐标原点,如果△AOB是等边三角形,那么椭圆E的离心率等于( )
A.eq \f(\r(3),6)B.eq \f(\r(3),4)
C.eq \f(\r(3),3)D.eq \f(\r(3),2)
变式4:F是椭圆的左焦点,A,B分别是其在x轴正半轴和y轴正半轴的顶点,P是椭圆上一点,且PF⊥x轴,OP∥AB,那么该椭圆的离心率为( )
A.eq \f(\r(2),2)B.eq \f(\r(2),4)
C.eq \f(1,2)D.eq \f(\r(3),2)
变式5:已知椭圆的左、右焦点分别为,,上顶点为,的延长线交于,,则的离心率( )
A.B.C.D.
变式6:椭圆的左顶点为A,点P,Q均在C上,且关于y轴对称.若直线的斜率之积为,则C的离心率为( )
A.B.C.D.
变式7:已知直线l:过椭圆的左焦点F,与椭圆在x轴上方的交点为P,Q为线段PF的中点,若,则椭圆的离心率为( )
A.B.C.D.
(二)求椭圆的离心率的取值范围
【例4-2】已知椭圆的焦距不小于短轴长,则椭圆的离心率的取值范围为________.
变式1:椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的右顶点是A(a,0),其上存在一点P,使∠APO=90°,求椭圆离心率的取值范围.
变式2:已知椭圆,对于C上的任意一点P,圆上均存在点M,N使得,则C的离心率的取值范围是( )
A.B.C.D.
变式3:已知椭圆C:()的左、右顶点分别为,,且以线段为直径的圆与直线相交,则椭圆C的离心率的取值范围为( )
A.B.C.D..
变式4:已知,是椭圆C:的左、右焦点,O为坐标原点,点M是C上点(不在坐标轴上),点N是的中点,若MN平分,则椭圆C的离心率的取值范围是( )
A.B.C.D.
(三)由椭圆的离心率求参数(范围)
【例4-3】已知椭圆eq \f(x2,k+8)+eq \f(y2,9)=1的离心率e=eq \f(1,2).求k的值.
变式1:已知椭圆的离心率为,则( )
A.B.C.D.
变式2:设e是椭圆eq \f(x2,4)+eq \f(y2,k)=1的离心率,且e∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),1)),则实数k的取值范围是( )
A.(0,3)B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(3,\f(16,3)))
C.(0,3)∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(16,3),+∞))D.(0,2)
考点五 直线与椭圆的位置关系
解题方略:
判断直线与椭圆的位置关系,通过解直线方程与椭圆方程组成的方程组,消去方程组中的一个变量,得到关于另一个变量的一元二次方程,则
Δ>0⇔直线与椭圆相交;Δ=0⇔直线与椭圆相切;Δb>0)上的两个不同的点,M(x0,y0)是线段AB的中点,
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(x\\al(2,1),a2)+\f(y\\al(2,1),b2)=1, ①,\f(x\\al(2,2),a2)+\f(y\\al(2,2),b2)=1, ②))
由①-②,得eq \f(1,a2)(xeq \\al(2,1)-xeq \\al(2,2))+eq \f(1,b2)(yeq \\al(2,1)-yeq \\al(2,2))=0,变形得eq \f(y1-y2,x1-x2)=-eq \f(b2,a2)·eq \f(x1+x2,y1+y2)=-eq \f(b2,a2)·eq \f(x0,y0),即kAB=-eq \f(b2x0,a2y0).
(一)弦长问题
【例6-1】已知斜率为1的直线l过椭圆的右焦点,交椭圆于A,B两点,则弦AB的长为( )
A.B.C.D.
变式1:已知椭圆的长轴长是短轴长的倍,左焦点、右顶点和下顶点分别为,坐标原点到直线的距离为,则 的面积为( )
A.B.4C.D.
变式2:已知直线l:y=kx+1与椭圆eq \f(x2,2)+y2=1交于M,N两点,且|MN|=eq \f(4\r(2),3),求k的值.
变式3:过椭圆eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1的焦点的最长弦和最短弦的长分别为________.
(二)中点弦问题
【例6-2】若直线l与椭圆交于点A、B,线段的中点为,则直线l的方程为( )
A.B.C.D.
变式1:若过椭圆内一点的弦被该点平分,则该弦所在的直线方程为( )
A.B.
C.D.
变式2:已知椭圆的离心率为,直线与椭圆交于,两点且线段的中点为,则直线的斜率为________.
变式3:直线过椭圆内一点,若点为弦的中点,设为直线的斜率,为直线的斜率,则的值为( )
A.B.C.D.
考点七 求椭圆的参数或范围问题
【例7-1】已知椭圆上存在关于直线对称的点,则实数m的取值范围为( )
A.B.C.D.
变式1:已知点P是椭圆上的一点,,是椭圆的两个焦点,则当为钝角时,点P的横坐标可以为______.
变式2:已知椭圆:的左、右焦点分别为、,若上存在无数个点,满足:,则的取值范围为( )
A. B. C. D.
变式3:椭圆的左、右顶点分别为,,点在上且直线的斜率的取值范围是,,那么直线斜率的取值范围是( )
A.,B.,C.,D.,
考点八 求椭圆的最值问题
解题方略:
求与椭圆有关的最值、范围问题的方法
(1)定义法:利用定义转化为几何问题处理.
(2)数形结合法:利用数与形的结合,挖掘几何特征,进而求解.
(3)函数法:探求函数模型,转化为函数的最值问题,借助函数的单调性、基本不等式等求解,注意椭圆的范围.
【例8-1】椭圆上的点到直线:的距离的最小值为( )
A.B.C.D.
变式1:已知动点在椭圆上,若点坐标为,,且,则的最小值为( )
A.B.C.D.
变式2:已知为椭圆的右焦点,为椭圆上两个动点,且满足,则的最小值为( )
A.B.C.D.
考点九 椭圆的定点、定值问题
【例9-1】已知椭圆经过点 ,离心率为,过点的直线l与椭圆C交于不同的两点M,N.
(1)求椭圆C的方程;
(2)设直线AM和直线AN的斜率分别为和 ,求证:为定值
变式1:已知椭圆:的左焦点为,上、下顶点分别为,,.
(1)求椭圆的方程;
(2)若椭圆上有三点,,满足,证明:四边形的面积为定值.
变式2:已知椭圆C:的右顶点是M(2,0),离心率为.
(1)求椭圆C的标准方程.
(2)过点T(4,0)作直线l与椭圆C交于不同的两点A,B,点B关于x轴的对称点为D,问直线AD是否过定点?若是,求出该定点的坐标;若不是,请说明理由.
考点十 椭圆的实际应用问题
解题方略:
解决和椭圆有关的实际问题的思路(数学抽象)
(1)通过数学抽象,找出实际问题中涉及的椭圆,将原问题转化为数学问题.
(2)确定椭圆的位置及要素,并利用椭圆的方程或几何性质求出数学问题的解.
(3)用解得的结果说明原来的实际问题.
【例10-1】(多选)中国的嫦娥四号探测器,简称“四号星”,是世界首个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器.2019年9月25日,中国科研人员利用嫦娥四号数据精确定位了嫦娥四号的着陆位置,并再现了嫦娥四号的落月过程,该成果由国际科学期刊《自然·通讯》在线发表.如图所示,现假设“四号星”沿地月转移轨道飞向月球后,在月球附近一点P变轨进入以月球球心F为一个焦点的椭圆轨道Ⅰ绕月飞行,之后卫星在P点第二次变轨进入仍以F为一个焦点的椭圆轨道Ⅱ绕月飞行.若用2c1和2c2分别表示椭圆轨道Ⅰ和Ⅱ的焦距,用2a1和2a2分别表示椭圆轨道Ⅰ和Ⅱ的长轴长,则下列式子正确的是( )
A.a1+c1=a2+c2 B.a1-c1=a2-c2
C.eq \f(c1,a1)eq \f(c2,a2)
变式1:神舟五号飞船成功完成了第一次载人航天飞行,实现了中国人民的航天梦想.某段时间飞船在太空中运行的轨道是一个椭圆,地心为椭圆的一个焦点,如图所示.假设航天员到地球的最近距离为d1,最远距离为d2,地球的半径为R,我们想象存在一个镜像地球,其中心在神舟飞船运行轨道的另外一个焦点上,上面住着一个神秘生物发射某种神秘信号,需要飞行中的航天员中转后地球人才能接收到,则传送神秘信号的最短距离为( )
A.d1+d2+R B.d2-d1+2R
C.d2+d1-2RD.d1+d2
变式2:某宇宙飞船的运行轨道是以地球中心F为焦点的椭圆(地球看作是球体),测得近地点A距离地面m km,远地点B距离地面n km,地球半径为R km,关于这个椭圆有下列说法:
①焦距为n-m;
②短轴长为eq \r(m+Rn+R);
③离心率e=eq \f(n-m,m+n+2R).
其中正确说法的序号为________.
考点十一 与椭圆有关的综合问题
解题方略:
解决直线与椭圆的综合问题时,要注意:
(1)注意观察应用题设中的每一个条件,明确确定直线、椭圆的条件;
(2)强化有关直线与椭圆联立得出一元二次方程后的运算能力,重视根与系数之间的关系、定点定值、弦长、斜率、三角形的面积等问题.
【例11-1】已知椭圆的左右焦点分别为,,点,均在椭圆上,且均在轴上方,满足条件,,则( )
A.B.C.D.
变式1:设分别是椭圆的左、右焦点,点为椭圆上任意一点,则使得 成立的点的个数为( )
A.B.C.D.
变式2:如图,已知、分别是椭圆的左、右焦点,点、在椭圆上,四边形是梯形,,且,则的面积为( )
A.B.C.D.
变式3:阿基米德在他的著作《关于圆锥体和球体》中计算了一个椭圆的面积.当我们垂直地缩小一个圆时,我们得到一个椭圆,椭圆的面积等于圆周率与椭圆的长半轴长与短半轴长的乘积,已知椭圆的面积为,两个焦点分别为,点P为椭圆C的上顶点.直线与椭圆C交于A,B两点,若的斜率之积为,则椭圆C的长轴长为( )
A.3B.6C.D.
题组A 基础过关练
1、椭圆以两条坐标轴为对称轴,一个顶点是(0,13),另一个顶点是(-10,0),则焦点坐标为( )
A.(±10,0)B.(±eq \r(69),0)
C.(0,±13)D.(0,±eq \r(69))
2、椭圆以坐标轴为对称轴,经过点,且长轴长是短轴长的倍,则椭圆的标准方程为( )
A.B.
C.或D.或
3、求适合下列条件的椭圆的标准方程:
(1)过点(3,0),离心率e=eq \f(\r(6),3);
(2)过点M(1,2),且与椭圆eq \f(x2,12)+eq \f(y2,6)=1有相同离心率.
4、若一个椭圆长轴的长度与焦距的和等于短轴长的2倍,则该椭圆的离心率是( )
A.eq \f(4,5)B.eq \f(3,5)
C.eq \f(2,5)D.eq \f(1,5)
5、已知椭圆的离心率为,则椭圆的离心率为( )
A.B.C.D.
6、圆锥曲线的焦点在轴上,离心率为,则实数的值是__________.
7、直线与椭圆的交点个数为( ).
A.0个B.1个C.2个D.3个
8、已知椭圆与坐标轴依次交于A,B,C,D四点,则四边形ABCD的面积为_____.
9、在平面直角坐标系xOy中,椭圆C的中心为原点,焦点F1,F2在x轴上,离心率为eq \f(\r(2),2),过点F1的直线l交椭圆C于A,B两点,且△ABF2的周长为16,求椭圆C的标准方程.
题组B 能力提升练
10、(多选)已知椭圆的标准方程为eq \f(x2,25)+eq \f(y2,m2)=1(m>0),并且焦距为6,则实数m的值为( )
A.4B.eq \r(34)
C.6D.eq \r(33)
11、已知直线,椭圆.若直线l与椭圆C交于A,B两点,则线段AB的中点的坐标为( )
A.B.
C.D.
12、过点(3,0)且斜率为eq \f(4,5)的直线被椭圆eq \f(x2,25)+eq \f(y2,16)=1所截线段的中点坐标为________.
13、已知正方形的四个顶点都在椭圆上,若的焦点F在正方形的外面,则的离心率的取值范围是( )
A.B.C.D.
14、椭圆=1的一个焦点为F,过原点O作直线(不经过焦点F)与椭圆交于A,B两点,若△ABF的面积是20,则直线AB的斜率为( )
A.B.C.D.
15、若点(x,y)在椭圆4x2+y2=4上,则eq \f(y,x-2)的最小值为( )
A.1B.-1
C.-eq \f(2\r(3),3)D.以上都不对
16、过椭圆的焦点的弦中最短弦长是( )
A.B.C.D.
17、已知椭圆4x2+y2=1及直线y=x+m,若直线被椭圆截得的弦长为eq \f(2\r(10),5),求直线的方程.
18、已知点P(4,2)是直线l被椭圆eq \f(x2,36)+eq \f(y2,9)=1所截得的线段的中点,求直线l的方程.
题组C 培优拔尖练
19、椭圆C:左右焦点分别为,,P为C上除左右端点外一点,若,,则椭圆C的离心率为( )
A.B.C.D.
20、已知椭圆C:的离心率为,直线l:交椭圆C于A,B两点,点D在椭圆C上(与点A,B不重合).若直线AD,BD的斜率分别为,,则的最小值为( )
A.B.2C.D.
21、已知点是椭圆:上异于顶点的动点,,分别为椭圆的左、右焦点,为坐标原点,为的中点,的平分线与直线交于点,则四边形的面积的最大值为( )
A.1B.2C.3D.
22、如图,椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率e=eq \f(1,3),F,A分别是椭圆的左焦点和右顶点,P是椭圆上任意一点,若eq \(PF,\s\up7(―→))·eq \(PA,\s\up7(―→))的最大值是12,求椭圆的方程.
23、在平面直角坐标系xOy中,点P到两点(0,-eq \r(3)),(0,eq \r(3))的距离之和等于4,设点P的轨迹为C.
(1)求C的方程;
(2)设直线y=kx+1与C交于A,B两点,k为何值时eq \(OA,\s\up7(―→))⊥eq \(OB,\s\up7(―→))?此时|AB|的值是多少.
24、已知椭圆C:的右焦点为F,过点F作一条直线交C于R,S两点,线段RS长度的最小值为,C的离心率为.
(1)求C的标准方程;
(2)斜率不为0的直线l与C相交于A,B两点,,且总存在实数,使得,问:l是否过一定点?若过定点,求出该定点的坐标;若不过定点,试说明理由.
课程标准
核心素养
1.掌握椭圆的简单几何性质.
2.通过椭圆与方程的学习,了解椭圆的简单应用,进一步体会数形结合的思想.
直观想象
数学运算
焦点的位置
焦点在x轴上
焦点在y轴上
图形
标准方程
eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)
eq \f(y2,a2)+eq \f(x2,b2)=1(a>b>0)
范围
-a≤x≤a且-b≤y≤b
-b≤x≤b且-a≤y≤a
顶点
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
长轴长=eq \a\vs4\al(2a),短轴长=eq \a\vs4\al(2b)
焦点
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
焦距
|F1F2|=eq \a\vs4\al(2c)
对称性
对称轴x轴和y轴,对称中心(0,0)
离心率
e=eq \f(c,a)(00)的位置关系:
点P在椭圆上⇔eq \f(x\\al(2,0),a2)+eq \f(y\\al(2,0),b2)=1;点P在椭圆内部⇔eq \f(x\\al(2,0),a2)+eq \f(y\\al(2,0),b2)1.
【即学即练10】已知点(2,3)在椭圆eq \f(x2,m2)+eq \f(y2,n2)=1上,则下列说法正确的是( )
A.点(-2,3)在椭圆外 B.点(3,2)在椭圆上
C.点(-2,-3)在椭圆内D.点(2,-3)在椭圆上
【解析】D
【即学即练11】已知直线l过点(3,-1),且椭圆C:eq \f(x2,25)+eq \f(y2,36)=1,则直线l与椭圆C的公共点的个数为( )
A.1 B.1或2
C.2D.0
【解析】因为直线过定点(3,-1)且eq \f(32,25)+eq \f(-12,36)<1,所以点(3,-1)在椭圆的内部,故直线l与椭圆有2个公共点.故选C
知识点3 直线与椭圆的位置关系
直线y=kx+m与椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的位置关系,判断方法:
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m,,\f(x2,a2)+\f(y2,b2)=1,))消y得一元二次方程.
当Δ>0时,方程有两解,直线与椭圆相交;
当Δ=0时,方程有一解,直线与椭圆相切;
当Δb>0).
由已知得2a=10,a=5.
又∵e=eq \f(c,a)=eq \f(4,5),∴c=4.
∴b2=a2-c2=25-16=9.
∴椭圆方程为eq \f(x2,25)+eq \f(y2,9)=1或eq \f(y2,25)+eq \f(x2,9)=1.
(2)依题意可设椭圆方程为eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0).
如图所示,△A1FA2为一等腰直角三角形,OF为斜边A1A2的中线(高),且|OF|=c,|A1A2|=2b,
则c=b=3,a2=b2+c2=18,
故所求椭圆的方程为eq \f(x2,18)+eq \f(y2,9)=1.
变式1:已知椭圆的中心在原点,焦点在x轴上,离心率为eq \f(\r(5),5), 且过P(-5,4),则椭圆的方程为________________.
【解析】∵e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(5),5),
∴eq \f(c2,a2)=eq \f(a2-b2,a2)=eq \f(1,5),
∴5a2-5b2=a2即4a2=5b2.
设椭圆的标准方程为eq \f(x2,a2)+eq \f(5y2,4a2)=1(a>0),
∵椭圆过点P(-5,4),∴eq \f(25,a2)+eq \f(5×16,4a2)=1.
解得a2=45.∴椭圆方程为eq \f(x2,45)+eq \f(y2,36)=1.
答案:eq \f(x2,45)+eq \f(y2,36)=1
变式2:若直线过椭圆短轴端点和左顶点,则椭圆方程为( )
A.B.C.D.
【解析】直线交x轴于,交y轴于,依题意,,
所以椭圆方程为.
故选:B
变式3:古希腊数学家阿基米德利用“逼近法”得到椭圆的面积除以圆周率等于椭圆的长半轴长与短半轴长的乘积.若椭圆C的中心为原点,焦点,均在y轴上,椭圆C的面积为,且短轴长为,则椭圆C的标准方程为( )
A.B.C.D.
【解析】因为椭圆的焦点在轴上,故可设其方程为,
根据题意可得,,故可得,
故所求椭圆方程为:.
故选:C.
变式4:已知F(3,0)是椭圆的一个焦点,过F且垂直x轴的弦长为,则该椭圆的方程为( )
A. + = 1B. + = 1
C. + = 1D. + = 1
【解析】依题意,
所以椭圆方程为.
故选:C
考点三 点与椭圆的位置关系
解题方略:
点P(x0,y0)与椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的位置关系:
点P在椭圆上⇔eq \f(x\\al(2,0),a2)+eq \f(y\\al(2,0),b2)=1;点P在椭圆内部⇔eq \f(x\\al(2,0),a2)+eq \f(y\\al(2,0),b2)1.
(一)点和椭圆位置关系的判断
【例3-1】点与椭圆的位置关系为( )
A.在椭圆上B.在椭圆内C.在椭圆外D.不能确定
【解析】,可知点在椭圆内.故选:B.
(二)根据点和椭圆位置关系求参数
【例3-2】点在椭圆的外部,则a的取值范围是( )
A.B.
C.D.
【解析】因为点在椭圆的外部,所以,解得,
故选:B.
变式1:若点在椭圆的内部,则实数的取值范围是( )
A.B.
C.D.
【解析】,所以,故选:B.
(三)点和椭圆位置关系的应用
【例3-3】若直线和圆没有公共点,则过点的直线与椭圆的交点个数是( )
A.0B.1C.2D.不确定
【解析】因为直线和圆没有交点,
所以圆心到直线的距离,
可得:,
即点在圆内,
又因为圆内切于椭圆,
所以点在椭圆内,
即过点的直线与椭圆有两个交点.
故选:C.
变式1:已知椭圆经过点,则的取值范围是( )
A.B.C.D.
【解析】因为椭圆经过点,所以,所以,
则.
因为椭圆经过点,所以,即,
故的取值范围是.
故选:D.
考点四 求椭圆的离心率
解题方略:
求椭圆离心率及范围的两种方法
(1)直接法:若已知a,c可直接利用e=eq \f(c,a)求解.若已知a,b或b,c可借助于a2=b2+c2求出c或a,再代入公式e=eq \f(c,a)求解.
(2)方程法:若a,c的值不可求,则可根据条件建立a,b,c的关系式,借助于a2=b2+c2,转化为关于a,c的齐次方程或不等式,再将方程或不等式两边同除以a的最高次幂,得到关于e的方程或不等式,即可求得e的值或范围.
(一)求椭圆的离心率
【例4-1】若椭圆的两个焦点与短轴的一个端点构成一个正三角形,则该椭圆的离心率为( )
A.eq \f(1,2)B.eq \f(\r(3),2)
C.eq \f(\r(3),4)D.eq \f(\r(6),4)
【解析】如图,△BF1F2是正三角形,
∵在Rt△OBF2中,|OF2|=c,|BF2|=a,∠OF2B=60°,
∴cs 60°=eq \f(c,a)=eq \f(1,2),即椭圆的离心率e=eq \f(1,2),故选A.
变式1:若椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,线段F1F2被点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(b,2),0))分成5∶3的两段,则此椭圆的离心率为( )
A.eq \f(16,17)B.eq \f(4\r(17),17)
C.eq \f(4,5)D.eq \f(2\r(5),5)
【解析】依题意得eq \f(c+\f(b,2),c-\f(b,2))=eq \f(5,3),∴c=2b,∴a=eq \r(b2+c2)=eq \r(5)b,∴e=eq \f(c,a)=eq \f(2b,\r(5)b)=eq \f(2\r(5),5).故选D.
变式2:已知椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左焦点为F,右顶点为A,点B在椭圆上,且BF⊥x轴,直线AB交y轴于点P,若eq \(AP,\s\up7(―→))=2eq \(PB,\s\up7(―→)),则椭圆的离心率是( )
A.eq \f(\r(3),2)B.eq \f(\r(2),2)
C.eq \f(1,3)D.eq \f(1,2)
【解析】如图,∵eq \(AP,\s\up7(―→))=2eq \(PB,\s\up7(―→)),∴OA=2OF,∴a=2c,∴e=eq \f(1,2).故选D
变式3:已知椭圆E:eq \f(y2,a2)+eq \f(x2,b2)=1(a>b>0)与直线y=b相交于A,B两点,O是坐标原点,如果△AOB是等边三角形,那么椭圆E的离心率等于( )
A.eq \f(\r(3),6)B.eq \f(\r(3),4)
C.eq \f(\r(3),3)D.eq \f(\r(3),2)
【解析】不妨设点B在第一象限,则Beq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(bc,a),b)),由题意知OB的倾斜角是60°,所以eq \f(b,\f(bc,a))=eq \f(a,c)=eq \r(3),则椭圆的离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),3).故选C.
变式4:F是椭圆的左焦点,A,B分别是其在x轴正半轴和y轴正半轴的顶点,P是椭圆上一点,且PF⊥x轴,OP∥AB,那么该椭圆的离心率为( )
A.eq \f(\r(2),2)B.eq \f(\r(2),4)
C.eq \f(1,2)D.eq \f(\r(3),2)
【解析】如图所示,设椭圆的方程为eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0),P(-c,m).
∵OP∥AB,∴△PFO∽△BOA,
∴eq \f(c,a)=eq \f(m,b),①
又∵P(-c,m)在椭圆上,∴eq \f(c2,a2)+eq \f(m2,b2)=1,②
将①代入②得eq \f(2c2,a2)=1,
即e2=eq \f(1,2),∴e=eq \f(\r(2),2),故选A.
变式5:已知椭圆的左、右焦点分别为,,上顶点为,的延长线交于,,则的离心率( )
A.B.C.D.
【解析】由椭圆的左、右焦点分别为,,上顶点为,
可得:.如图示:
.
设,则.
由椭圆的定义可得:,即,解得:.
所以在中,,所以.
在中,,所以.
所以,即,所以,所以(舍去).
故选:D
变式6:椭圆的左顶点为A,点P,Q均在C上,且关于y轴对称.若直线的斜率之积为,则C的离心率为( )
A.B.C.D.
【解析】设而不求
设,则
则由得:,
由,得,
所以,即,
所以椭圆的离心率,故选A.
变式7:已知直线l:过椭圆的左焦点F,与椭圆在x轴上方的交点为P,Q为线段PF的中点,若,则椭圆的离心率为( )
A.B.C.D.
【解析】直线:过椭圆的左焦点,设椭圆的右焦点为,
所以,
又是的中点,是的中点,所以,
又,所以,又,所以是等边三角形,
所以,又在椭圆上,所以,
所以,所以离心率为,
故选:.
(二)求椭圆的离心率的取值范围
【例4-2】已知椭圆的焦距不小于短轴长,则椭圆的离心率的取值范围为________.
【解析】依题意可得2c≥2b,即c≥b.
所以c2≥b2,从而c2≥a2-c2,
即2c2≥a2,e2=eq \f(c2,a2)≥eq \f(1,2),所以e≥eq \f(\r(2),2).
又因为00)的右顶点是A(a,0),其上存在一点P,使∠APO=90°,求椭圆离心率的取值范围.
【解析】设P(x,y),由∠APO=90°知,点P在以OA为直径的圆上,圆的方程是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(a,2)))2+y2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,2)))2.
∴y2=ax-x2.①
又P点在椭圆上,故eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1.②
把①代入②化简,得(a2-b2)x2-a3x+a2b2=0,即
(x-a)[(a2-b2)x-ab2]=0,∵x≠a,x≠0,
∴x=eq \f(ab2,a2-b2),又00),
将点M的坐标代入可得eq \f(1,12)+eq \f(4,6)=k1或eq \f(4,12)+eq \f(1,6)=k2,
解得k1=eq \f(3,4),k2=eq \f(1,2),故eq \f(x2,12)+eq \f(y2,6)=eq \f(3,4)或eq \f(y2,12)+eq \f(x2,6)=eq \f(1,2),
即所求椭圆的标准方程为eq \f(x2,9)+eq \f(y2,\f(9,2))=1或eq \f(y2,6)+eq \f(x2,3)=1.
4、若一个椭圆长轴的长度与焦距的和等于短轴长的2倍,则该椭圆的离心率是( )
A.eq \f(4,5)B.eq \f(3,5)
C.eq \f(2,5)D.eq \f(1,5)
【解析】由题意可得4b=2a+2c,平方得4b2=(a+c)2,∴4(a2-c2)=a2+2ac+c2,3a2-2ac-5c2=0,5e2+2e-3=0,解得e=eq \f(3,5)(负值舍去).故选B
5、已知椭圆的离心率为,则椭圆的离心率为( )
A.B.C.D.
【解析】因为椭圆的离心率为,
所以,解得,
则椭圆的离心率.
故选:C.
6、圆锥曲线的焦点在轴上,离心率为,则实数的值是__________.
【解析】因为圆锥曲线的焦点在轴上,离心率为,
所以曲线为椭圆,且,
所以,
解得,
故答案为:
7、直线与椭圆的交点个数为( ).
A.0个B.1个C.2个D.3个
【解析】由题意,椭圆,可得,
则椭圆的右顶点为,上顶点为,
又由直线恰好过点,所以直线与椭圆有且仅有2个公共点.
故选:C.
8、已知椭圆与坐标轴依次交于A,B,C,D四点,则四边形ABCD的面积为_____.
【解析】由题意,椭圆,可得,可得,
所以椭圆与坐标轴的交点分别为,
此时构成的四边形为菱形,则面积为.
故答案为:.
9、在平面直角坐标系xOy中,椭圆C的中心为原点,焦点F1,F2在x轴上,离心率为eq \f(\r(2),2),过点F1的直线l交椭圆C于A,B两点,且△ABF2的周长为16,求椭圆C的标准方程.
【解析】设椭圆C的标准方程为eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0).
由e=eq \f(\r(2),2)知eq \f(c,a)=eq \f(\r(2),2),故eq \f(c2,a2)=eq \f(1,2),从而eq \f(a2-b2,a2)=eq \f(1,2),eq \f(b2,a2)=eq \f(1,2).由△ABF2的周长为|AB|+|BF2|+|AF2|=|AF1|+|AF2|+|BF1|+|BF2|=4a=16,得a=4,∴b2=8.
故椭圆C的标准方程为eq \f(x2,16)+eq \f(y2,8)=1.
题组B 能力提升练
10、(多选)已知椭圆的标准方程为eq \f(x2,25)+eq \f(y2,m2)=1(m>0),并且焦距为6,则实数m的值为( )
A.4B.eq \r(34)
C.6D.eq \r(33)
【解析】∵2c=6,∴c=3.当椭圆的焦点在x轴上时,由椭圆的标准方程知a2=25,b2=m2.由a2=b2+c2,得25=m2+9,∴m2=16,又m>0,故m=4;当椭圆的焦点在y轴上时,由椭圆的标准方程知a2=m2,b2=25.由a2=b2+c2,得m2=25+9=34,又m>0,故m=eq \r(34).综上可知,实数m的值为4或eq \r(34).
11、已知直线,椭圆.若直线l与椭圆C交于A,B两点,则线段AB的中点的坐标为( )
A.B.
C.D.
【解析】由题意知,
,消去y,得,
则,,
所以A、B两点中点的横坐标为:,
所以中点的纵坐标为:,
即线段AB的中点的坐标为.
故选:B
12、过点(3,0)且斜率为eq \f(4,5)的直线被椭圆eq \f(x2,25)+eq \f(y2,16)=1所截线段的中点坐标为________.
【解析】过点(3,0)且斜率为eq \f(4,5)的直线l方程为y=eq \f(4,5)(x-3),
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=\f(4,5)x-3,,\f(x2,25)+\f(y2,16)=1))得x2-3x-8=0.
设直线与椭圆交于A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=3,y1+y2=eq \f(4,5)(x1+x2)-eq \f(24,5)=-eq \f(12,5),
∴直线被椭圆所截线段的中点坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),-\f(6,5))).
答案:eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),-\f(6,5)))
13、已知正方形的四个顶点都在椭圆上,若的焦点F在正方形的外面,则的离心率的取值范围是( )
A.B.C.D.
【解析】如图根据对称性,点D在直线y=x上,可设,则,
∴,
可得,
,即,又
解得.
故选:C.
14、椭圆=1的一个焦点为F,过原点O作直线(不经过焦点F)与椭圆交于A,B两点,若△ABF的面积是20,则直线AB的斜率为( )
A.B.C.D.
【解析】由椭圆=1,则焦点分别为F1(-5,0),F2(5,0),不妨取F(5,0).
①当直线AB的斜率不存在时,直线AB的方程为x=0,此时AB=4,
=AB•5=×5=10,不符合题意;
②可设直线AB的方程y=kx,
由,可得(4+9k2)x2=180,
∴xA=6,yA=,
∴△ABF2的面积为S=2=2××5×=20,
∴k=±.
故选:A.
15、若点(x,y)在椭圆4x2+y2=4上,则eq \f(y,x-2)的最小值为( )
A.1B.-1
C.-eq \f(2\r(3),3)D.以上都不对
【解析】设eq \f(y,x-2)=k,则y=k(x-2).由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(4x2+y2=4,,y=kx-2))消去y,整理得
(k2+4)x2-4k2x+4(k2-1)=0,Δ=16k4-4×4(k2-1)(k2+4)=0,
解得k=±eq \f(2\r(3),3),∴kmin=-eq \f(2\r(3),3).选C.
16、过椭圆的焦点的弦中最短弦长是( )
A.B.C.D.
【解析】显然过椭圆焦点的最短弦所在直线l不垂直y轴,设l的方程为:x=my+c,
由消去x并整理得:,
设直线l与椭圆交于点,则有,
则有
,当且仅当时取“=”,
于是,当,即直线l垂直于x轴时,,
所以过椭圆的焦点的最短弦是与焦点所在坐标轴垂直的弦,最短弦长是.
故选:A
17、已知椭圆4x2+y2=1及直线y=x+m,若直线被椭圆截得的弦长为eq \f(2\r(10),5),求直线的方程.
【解析】把直线方程y=x+m代入椭圆方程4x2+y2=1,得4x2+(x+m)2=1,即5x2+2mx+m2-1=0.(*)
则Δ=(2m)2-4×5×(m2-1)=-16m2+20>0,
解得-eq \f(\r(5),2)<m<eq \f(\r(5),2).
设直线与椭圆的两个交点的横坐标为x1,x2,
则x1+x2=-eq \f(2m,5),x1x2=eq \f(m2-1,5).
根据弦长公式,得
eq \r(1+12)·eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(2m,5)))2-4×\f(m2-1,5))=eq \f(2\r(10),5),解得m=0.
因此,所求直线的方程为y=x.
18、已知点P(4,2)是直线l被椭圆eq \f(x2,36)+eq \f(y2,9)=1所截得的线段的中点,求直线l的方程.
【解析】(法一:根与系数关系法)
由题意可设直线l的方程为y-2=k(x-4),
而椭圆的方程可以化为x2+4y2-36=0.
将直线方程代入椭圆方程有
(4k2+1)x2-8k(4k-2)x+4(4k-2)2-36=0.
所以x1+x2=eq \f(8k4k-2,4k2+1)=8,解得k=-eq \f(1,2).
所以直线l的方程为y-2=-eq \f(1,2)(x-4),
即x+2y-8=0.
(法二:点差法)
设直线l与椭圆的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x\\al(2,1)+4y\\al(2,1)-36=0,,x\\al(2,2)+4y\\al(2,2)-36=0.))
两式相减,有(x1+x2)(x1-x2)+4(y1+y2)(y1-y2)=0.
又x1+x2=8,y1+y2=4,所以eq \f(y1-y2,x1-x2)=-eq \f(1,2),
即k=-eq \f(1,2).所以直线l的方程为x+2y-8=0.
题组C 培优拔尖练
19、椭圆C:左右焦点分别为,,P为C上除左右端点外一点,若,,则椭圆C的离心率为( )
A.B.C.D.
【解析】如图在中,
,即①
,即②
且,
故①+②得:,即.
所以 ,代入到中,整理得:
,故两边除以得:
解得:或,又,所以.
即椭圆C的离心率为.
故选:D.
20、已知椭圆C:的离心率为,直线l:交椭圆C于A,B两点,点D在椭圆C上(与点A,B不重合).若直线AD,BD的斜率分别为,,则的最小值为( )
A.B.2C.D.
【解析】设,,则.
∵点B,D都在椭圆C上,∴两式相减,得.
∴,即.
∴.当且仅当时取“=”.
故选:B.
21、已知点是椭圆:上异于顶点的动点,,分别为椭圆的左、右焦点,为坐标原点,为的中点,的平分线与直线交于点,则四边形的面积的最大值为( )
A.1B.2C.3D.
【解析】
由图,,,故,,又平分,则到、的距离相等,设为,则
设,则,,由是的中位线,易得,即,由椭圆性质易知,存在点为椭圆上异于顶点的动点,使,此时最大,且为2
故选:B
22、如图,椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率e=eq \f(1,3),F,A分别是椭圆的左焦点和右顶点,P是椭圆上任意一点,若eq \(PF,\s\up7(―→))·eq \(PA,\s\up7(―→))的最大值是12,求椭圆的方程.
【解析】设F(-c,0).∵e=eq \f(c,a)=eq \f(1,3),∴a=3c.
设P(x0,y0),则-3c≤x0≤3c.
又eq \(PF,\s\up7(―→))=(-c-x0,-y0),eq \(PA,\s\up7(―→))=(a-x0,-y0),
∴eq \(PF,\s\up7(―→))·eq \(PA,\s\up7(―→))=(-c-x0,-y0)·(a-x0,-y0)
=-ac+cx0-ax0+xeq \\al(2,0)+yeq \\al(2,0)
=-ac+cx0-ax0+xeq \\al(2,0)+b2-eq \f(b2,a2)xeq \\al(2,0)
=eq \f(c2,a2)xeq \\al(2,0)-(a-c)x0+b2-ac
=eq \f(1,9)xeq \\al(2,0)-(a-c)x0+a2-c2-ac
=eq \f(1,9)xeq \\al(2,0)-2cx0+5c2
=eq \f(1,9)(x0-9c)2-4c2.
∴当x0=-3c时,eq \(PF,\s\up7(―→))·eq \(PA,\s\up7(―→))有最大值,最大值为12c2=12.
∴c2=1,∴a2=9,b2=a2-c2=8,
∴所求椭圆方程为eq \f(x2,9)+eq \f(y2,8)=1.
23、在平面直角坐标系xOy中,点P到两点(0,-eq \r(3)),(0,eq \r(3))的距离之和等于4,设点P的轨迹为C.
(1)求C的方程;
(2)设直线y=kx+1与C交于A,B两点,k为何值时eq \(OA,\s\up7(―→))⊥eq \(OB,\s\up7(―→))?此时|AB|的值是多少.
【解析】(1)设P(x,y),由椭圆的定义知,点P的轨迹C是以(0,-eq \r(3)),(0,eq \r(3))为焦点,长半轴长为2的椭圆,它的短半轴长b=eq \r(22-\r(3)2)=1.
故曲线C的方程为eq \f(y2,4)+x2=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+1,,y2+4x2=4.))
消去y,并整理,得(k2+4)x2+2kx-3=0.
由根与系数的关系得
x1+x2=-eq \f(2k,k2+4),x1x2=-eq \f(3,k2+4).
若eq \(OA,\s\up7(―→))⊥eq \(OB,\s\up7(―→)),则x1x2+y1y2=0.
因为y1y2=(kx1+1)(kx2+1)
=k2x1x2+k(x1+x2)+1,
所以x1x2+y1y2=-eq \f(3,k2+4)-eq \f(3k2,k2+4)-eq \f(2k2,k2+4)+1
=-eq \f(4k2-1,k2+4)=0,所以k=±eq \f(1,2).
当k=±eq \f(1,2)时,x1+x2=∓eq \f(4,17),x1x2=-eq \f(12,17).
所以|AB|=eq \r(1+k2)·eq \r(x1+x22-4x1x2)
= eq \r(\f(5,4)×\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(±\f(4,17)))2+4×\f(12,17))))=eq \f(4\r(65),17).
24、已知椭圆C:的右焦点为F,过点F作一条直线交C于R,S两点,线段RS长度的最小值为,C的离心率为.
(1)求C的标准方程;
(2)斜率不为0的直线l与C相交于A,B两点,,且总存在实数,使得,问:l是否过一定点?若过定点,求出该定点的坐标;若不过定点,试说明理由.
【解析】(1)由线段RS长度的最小值为,得,
又,所以,解得
所以C的标准方程为.
(2)由,
可知PF平分,∴.
设直线AB的方程为,,,
由得,
,即,
∴,,
∴,
∴,∴,
整理得,∴当时,上式恒为0,
即直线l恒过定点.
课程标准
核心素养
1.掌握椭圆的简单几何性质.
2.通过椭圆与方程的学习,了解椭圆的简单应用,进一步体会数形结合的思想.
直观想象
数学运算
焦点的位置
焦点在x轴上
焦点在y轴上
图形
标准方程
eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)
eq \f(y2,a2)+eq \f(x2,b2)=1(a>b>0)
范围
-a≤x≤a且-b≤y≤b
-b≤x≤b且-a≤y≤a
顶点
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
长轴长=eq \a\vs4\al(2a),短轴长=eq \a\vs4\al(2b)
焦点
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
焦距
|F1F2|=eq \a\vs4\al(2c)
对称性
对称轴x轴和y轴,对称中心(0,0)
离心率
e=eq \f(c,a)(0
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