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方案一、运用“椭圆的定义”探讨轨迹
例1 设定点[F1](0,-3)、[F2](0,3),动点[P]满足条件[PF1+PF2=a+9a(a>0)],则点[P]的轨迹是( )
A.椭圆 B.线段
C.不存在 D.椭圆或线段
解析 当[a=3]时,[PF1+PF2=F1F2],点[P]的轨迹是线段[F1F2];
当[a>0]且[a≠3]时,[PF1+PF2>F1F2],点[P]的轨迹是以[F1]、[F2]为焦点的椭圆.
例2 下列命题是真命题的是( )
A.到两定点距离之和为常数的点的轨迹是椭圆
B.到定直线[x=a2c]和定点[F(c,0)]的距离之比为[ca]的点的轨迹是椭圆
C.到定点[F(-c,0)]和定直线[x=-a2c]距离之比为[ca(a>c>0)]的点的轨迹是左半个椭圆
D.到定直线[x=a2c]和定点[F(c,0)]的距离之比为[ca(a>c>0)]的点的轨迹是椭圆
解析 由教材第47页例6(特例)与第51页的(一般性)描述知:椭圆[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]也可以定义为“平面内到定点[F(c,0)]和定直线[x=a2c]的距离之比是常数[ca(a>c>0)]的点的轨迹.”故选D.
点拨 (1)椭圆的第一定义:椭圆是平面内与两定点[F1]、[F2]的距离的和等于常数(大于[F1F2])的点的轨迹.
(2)椭圆的第二定义:平面内到定点[F(c,0)]和定直线[x=a2c]的距离之比是常数[ca(a>c>0)]的点的轨迹是椭圆[x2a2+y2b2=1(a>b>0)].点[F(c,0)]为右焦点,直线[x=a2c]为右准线.
方案二、利用“椭圆的第二定义”推导椭圆的焦半径公式
例3 椭圆[x225+y92=1]上不同三点[Ax1,y1]、[B4,95]、[Cx2,y2]与焦点[F4,0]的距离成等差数列,求证[x1+x2=8].
证明 由椭圆方程知[a=5],[b=3],[c=4].
由椭圆[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]的第二定义知[AFa2c-x1=ca],
∴[AF=a-ex1=5-45x1].
同理[CF=5-45x2].
∵[AF+CF=2BF],且[BF=95],
∴[5-45x1+5-45x2=185],
即[x1+x2=8].
点拨 设[P(x0,y0)]为椭圆[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]椭圆上的任一点,[F1(-c,0)]、[F2(c,0)]分别为其左、右焦点,则有
左焦半径公式[PF1=a+ex0,]
右焦半径公式[PF2=a-ex0.]
方案三、运用“待定系数法”求椭圆的标准方程
例4 已知[B、C]是两个定点,[|BC|=6],且[△ABC]的周长等于16,求顶点[A]的轨迹方程.
解析 以[BC]所在直线为[x]轴、[BC]中垂线为[y]轴建立直角坐标系,设[A(x,y)],根据已知条件得[|AB|+|AC|=10.]
再根据椭圆定义得[a=5,c=3,b=4],
所以顶点[A]的轨迹方程为
[x225+y216=1] ([y]≠0).
例5 已知椭圆经过两点([-32,52)与(3,5)],求椭圆的标准方程.
解析 设椭圆的方程为[mx2+ny2=1(m>0,][n>0,][m≠n)]
则有[m(-32)2+n(52)2=1m(3)2+n(5)2=1],解得 [m=16,n=110.]
所求椭圆的标准方程为[x26+y210=1].
点拨 学习时,尤其要加深对椭圆的两种标准方程的比较:
[不同点&标准方程&[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]&[y2a2+x2b2=1(a>b>0)]&图形& & &焦点坐标&[F1(-c,0) , F2(c,0)]&[F1(0,-c), F2(0,c)]&共同点&定义&第一定义与第二定义.&[a、b、c]的关系&[a2=b2+c2,a>b>0,b、c]大小不确定.&焦点的位置
的判定&[x2]、[y2]项中哪个分母大,焦点就在那一条轴上.&]
方案四、运用“离心率的定义”求椭圆的离心率
例6 已知[F1、F2]是椭圆的两个焦点,[P]是椭圆上一点,且[∠PF1F2=15°,∠PF2F1=75°], 则椭圆的离心率为
解析 由椭圆离心率的定义,结合正弦定理,有
[e=2c2a=F1F2PF1+PF2=sin90°sin75°+sin15°=sin90°sin(45∘+30°)+sin(45°-30°)=63.]
例7 若椭圆的焦距是长轴长与短轴长的等比中项,则椭圆的离心率为
解析 依题意得 [(2c)2=(2a)⋅(2b)],即[c2=ab],
所以 [c4=a2b2⇒c4=a2(a2-c2)].
两边同时除以[a4],得 [e4=1-e2].
解得 [e2=5-12], 所以[e=5-12].
点拨 求椭圆的离心率时,若不能直接求得[ca]的值,通常由已知条件寻求[a]、[b]、[c]的关系式,再与[a2=b2+c2]组成方程组,消去[b],得到[a]、[c]的方程,再转化为[e]的方程求解.椭圆的离心率[e=ca∈(0,1)],反应了椭圆的扁平程度,离心率越小椭圆越扁.
方案五、运用“整体思想”解决椭圆的中点弦问题
例8 已知椭圆[x22+y2=1],求过点[P12,12]且被[P]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[k],利用条件求[k].
解法一 设所求直线的斜率为[k],则直线方程为[y-12=kx-12].代入椭圆方程,并整理得
[1+2k2x2-2k2-2kx+12k2-k-32=0].
由韦达定理得[x1+x2=2k2-2k1+2k2].
∵[P]是弦中点,∴[x1+x2=1],故得[k=-12].
所求直线方程为[2x+4y-3=0].
分析二 设弦两端坐标为[x1,y1]、[x2,y2],列关于[x1]、[x2]、[y1]、[y2]的方程组,求斜率[y1-y2x1-x2].
解法二 设过[P12,12]的直线与椭圆交于[Ax1,y1]、[Bx2,y2],则由题意得
[x212+y21=1,①x222+y22=1,②x1+x2=1,③y1+y2=1. ④]
①-②得[x21-x222+y21-y22=0]. ⑤
将③④代入⑤得[y1-y2x1-x2=-12],即直线的斜率为[-12].所求直线方程为[2x+4y-3=0].
点拨 (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”,用于解决有关弦中点问题较方便,要点是巧代斜率.
(3)有关弦及弦中点问题常用的方法是“应用韦达定理”及“点差法”.对其他二次曲线问题也适用.
方案六、利用“函数思想”解决椭圆中的范围或最值问题
例9 过椭圆[2x2+y2=2]的焦点的直线交椭圆[A、B]两点,求[△AOB]面积的最大值 .
分析 由过椭圆焦点,写出直线[AB]方程为[y=kx+1],与椭圆方程联立,消去[y],得关于[x]的一元二次方程,巧妙地利用根与系数的关系,可以起到避繁就简的效果.
解析 焦点[(0,±1)] ,设直线过焦点(0,1) ,直线方程为[y=kx+1]与[2x2+y2=2]联立 ,消去[y], 得 [(2+k2)x2+2kx-1=0],其两根[x1、x2]为点[A、B]的横坐标.将三角形[AOB]看作[△AOF]与[△BOF]组合而成,[OF]是公共边,它们在公共边上的高长为 [|x1-x2|].
[∴SΔAOB=12|OF|⋅|x1-x2|], 其中[OF=c=1].
[∴SΔAOB=12|x1-x2|]=[12(x1+x2)2-4x1x2]
=[124k2+4(2+k2)(2+k2)2]=[2k2+1+1k2+1+2][≤22.]
当[k2+1=1k2+1]即[k=0]时取“=”,即当直线为[y=1]时,得到[△AOB]的面积最大值为[22] .
点拨 先建立函数模型,再求函数的最值,是解决椭圆中的最值问题的最基本的方法.这里利用均值不等式求最值,关键的技巧是“配凑”.在利用均值不等式时,要注意满足三个条件:①每一项要取正值;②不等式的一边为常数;③等号能够成立.其中正确应用 “等号成立”的条件是这种解法的关键.
方案七、利用“方程思想”解决直线与椭圆的综合题
例10 椭圆的两焦点坐标分别为[F1(-3,0)]和[F2(3,0)],且椭圆过点[(1,-32)].
(1)求椭圆方程;
(2)过点[(-65,0)]作不与[y]轴垂直的直线[l]交该椭圆于[M、N]两点,[A]为椭圆的左顶点,试判断[∠MAN]的大小是否为定值,并说明理由.
解析 (1)由题意,可求得椭圆方程为[x24+y2=1.]
(2)设直线[MN]的方程为[x=ky-65,]
联立直线[MN]和曲线[C]的方程[x=ky-65,x24+y2=1.]
消去[x],得[(k2+4)y2-125ky-6425=0]
[Δ=(125k)2-4×(k2+4)×(-6425)=(125k)2+4×(k2+4)×6425>0,]
设[M(x1,y1), N(x2,y2), A(-2,0)],
则[y1+y2=12k5(k2+4),][y1y2=-6425(k2+4),]
则[AM⋅AN=(x1+2,y1)⋅(x2+2,y2)]
[=(k2+1)y1y2+45k(y1+y2)+1625=0,]
所以 [∠MAN=π2].
点拨 (1)研究直线与椭圆的位置关系时,通过联立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,得到关于另一变量的一元二次方程.
①△>0⇔直线与椭圆相交⇔有两个公共点;
②△=0⇔直线与椭圆相切⇔有且只有一个公共点;
③△<0⇔直线与椭圆相离⇔无公共点.
(2)有关定值问题的探讨是近几年高考中的热点题型,常要引进参数(如上面的[k]),再通过演算推理,证明运算结果与参数无关.
例1 设定点[F1](0,-3)、[F2](0,3),动点[P]满足条件[PF1+PF2=a+9a(a>0)],则点[P]的轨迹是( )
A.椭圆 B.线段
C.不存在 D.椭圆或线段
解析 当[a=3]时,[PF1+PF2=F1F2],点[P]的轨迹是线段[F1F2];
当[a>0]且[a≠3]时,[PF1+PF2>F1F2],点[P]的轨迹是以[F1]、[F2]为焦点的椭圆.
例2 下列命题是真命题的是( )
A.到两定点距离之和为常数的点的轨迹是椭圆
B.到定直线[x=a2c]和定点[F(c,0)]的距离之比为[ca]的点的轨迹是椭圆
C.到定点[F(-c,0)]和定直线[x=-a2c]距离之比为[ca(a>c>0)]的点的轨迹是左半个椭圆
D.到定直线[x=a2c]和定点[F(c,0)]的距离之比为[ca(a>c>0)]的点的轨迹是椭圆
解析 由教材第47页例6(特例)与第51页的(一般性)描述知:椭圆[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]也可以定义为“平面内到定点[F(c,0)]和定直线[x=a2c]的距离之比是常数[ca(a>c>0)]的点的轨迹.”故选D.
点拨 (1)椭圆的第一定义:椭圆是平面内与两定点[F1]、[F2]的距离的和等于常数(大于[F1F2])的点的轨迹.
(2)椭圆的第二定义:平面内到定点[F(c,0)]和定直线[x=a2c]的距离之比是常数[ca(a>c>0)]的点的轨迹是椭圆[x2a2+y2b2=1(a>b>0)].点[F(c,0)]为右焦点,直线[x=a2c]为右准线.
方案二、利用“椭圆的第二定义”推导椭圆的焦半径公式
例3 椭圆[x225+y92=1]上不同三点[Ax1,y1]、[B4,95]、[Cx2,y2]与焦点[F4,0]的距离成等差数列,求证[x1+x2=8].
证明 由椭圆方程知[a=5],[b=3],[c=4].
由椭圆[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]的第二定义知[AFa2c-x1=ca],
∴[AF=a-ex1=5-45x1].
同理[CF=5-45x2].
∵[AF+CF=2BF],且[BF=95],
∴[5-45x1+5-45x2=185],
即[x1+x2=8].
点拨 设[P(x0,y0)]为椭圆[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]椭圆上的任一点,[F1(-c,0)]、[F2(c,0)]分别为其左、右焦点,则有
左焦半径公式[PF1=a+ex0,]
右焦半径公式[PF2=a-ex0.]
方案三、运用“待定系数法”求椭圆的标准方程
例4 已知[B、C]是两个定点,[|BC|=6],且[△ABC]的周长等于16,求顶点[A]的轨迹方程.
解析 以[BC]所在直线为[x]轴、[BC]中垂线为[y]轴建立直角坐标系,设[A(x,y)],根据已知条件得[|AB|+|AC|=10.]
再根据椭圆定义得[a=5,c=3,b=4],
所以顶点[A]的轨迹方程为
[x225+y216=1] ([y]≠0).
例5 已知椭圆经过两点([-32,52)与(3,5)],求椭圆的标准方程.
解析 设椭圆的方程为[mx2+ny2=1(m>0,][n>0,][m≠n)]
则有[m(-32)2+n(52)2=1m(3)2+n(5)2=1],解得 [m=16,n=110.]
所求椭圆的标准方程为[x26+y210=1].
点拨 学习时,尤其要加深对椭圆的两种标准方程的比较:
[不同点&标准方程&[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]&[y2a2+x2b2=1(a>b>0)]&图形& & &焦点坐标&[F1(-c,0) , F2(c,0)]&[F1(0,-c), F2(0,c)]&共同点&定义&第一定义与第二定义.&[a、b、c]的关系&[a2=b2+c2,a>b>0,b、c]大小不确定.&焦点的位置
的判定&[x2]、[y2]项中哪个分母大,焦点就在那一条轴上.&]
方案四、运用“离心率的定义”求椭圆的离心率
例6 已知[F1、F2]是椭圆的两个焦点,[P]是椭圆上一点,且[∠PF1F2=15°,∠PF2F1=75°], 则椭圆的离心率为
解析 由椭圆离心率的定义,结合正弦定理,有
[e=2c2a=F1F2PF1+PF2=sin90°sin75°+sin15°=sin90°sin(45∘+30°)+sin(45°-30°)=63.]
例7 若椭圆的焦距是长轴长与短轴长的等比中项,则椭圆的离心率为
解析 依题意得 [(2c)2=(2a)⋅(2b)],即[c2=ab],
所以 [c4=a2b2⇒c4=a2(a2-c2)].
两边同时除以[a4],得 [e4=1-e2].
解得 [e2=5-12], 所以[e=5-12].
点拨 求椭圆的离心率时,若不能直接求得[ca]的值,通常由已知条件寻求[a]、[b]、[c]的关系式,再与[a2=b2+c2]组成方程组,消去[b],得到[a]、[c]的方程,再转化为[e]的方程求解.椭圆的离心率[e=ca∈(0,1)],反应了椭圆的扁平程度,离心率越小椭圆越扁.
方案五、运用“整体思想”解决椭圆的中点弦问题
例8 已知椭圆[x22+y2=1],求过点[P12,12]且被[P]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[k],利用条件求[k].
解法一 设所求直线的斜率为[k],则直线方程为[y-12=kx-12].代入椭圆方程,并整理得
[1+2k2x2-2k2-2kx+12k2-k-32=0].
由韦达定理得[x1+x2=2k2-2k1+2k2].
∵[P]是弦中点,∴[x1+x2=1],故得[k=-12].
所求直线方程为[2x+4y-3=0].
分析二 设弦两端坐标为[x1,y1]、[x2,y2],列关于[x1]、[x2]、[y1]、[y2]的方程组,求斜率[y1-y2x1-x2].
解法二 设过[P12,12]的直线与椭圆交于[Ax1,y1]、[Bx2,y2],则由题意得
[x212+y21=1,①x222+y22=1,②x1+x2=1,③y1+y2=1. ④]
①-②得[x21-x222+y21-y22=0]. ⑤
将③④代入⑤得[y1-y2x1-x2=-12],即直线的斜率为[-12].所求直线方程为[2x+4y-3=0].
点拨 (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”,用于解决有关弦中点问题较方便,要点是巧代斜率.
(3)有关弦及弦中点问题常用的方法是“应用韦达定理”及“点差法”.对其他二次曲线问题也适用.
方案六、利用“函数思想”解决椭圆中的范围或最值问题
例9 过椭圆[2x2+y2=2]的焦点的直线交椭圆[A、B]两点,求[△AOB]面积的最大值 .
分析 由过椭圆焦点,写出直线[AB]方程为[y=kx+1],与椭圆方程联立,消去[y],得关于[x]的一元二次方程,巧妙地利用根与系数的关系,可以起到避繁就简的效果.
解析 焦点[(0,±1)] ,设直线过焦点(0,1) ,直线方程为[y=kx+1]与[2x2+y2=2]联立 ,消去[y], 得 [(2+k2)x2+2kx-1=0],其两根[x1、x2]为点[A、B]的横坐标.将三角形[AOB]看作[△AOF]与[△BOF]组合而成,[OF]是公共边,它们在公共边上的高长为 [|x1-x2|].
[∴SΔAOB=12|OF|⋅|x1-x2|], 其中[OF=c=1].
[∴SΔAOB=12|x1-x2|]=[12(x1+x2)2-4x1x2]
=[124k2+4(2+k2)(2+k2)2]=[2k2+1+1k2+1+2][≤22.]
当[k2+1=1k2+1]即[k=0]时取“=”,即当直线为[y=1]时,得到[△AOB]的面积最大值为[22] .
点拨 先建立函数模型,再求函数的最值,是解决椭圆中的最值问题的最基本的方法.这里利用均值不等式求最值,关键的技巧是“配凑”.在利用均值不等式时,要注意满足三个条件:①每一项要取正值;②不等式的一边为常数;③等号能够成立.其中正确应用 “等号成立”的条件是这种解法的关键.
方案七、利用“方程思想”解决直线与椭圆的综合题
例10 椭圆的两焦点坐标分别为[F1(-3,0)]和[F2(3,0)],且椭圆过点[(1,-32)].
(1)求椭圆方程;
(2)过点[(-65,0)]作不与[y]轴垂直的直线[l]交该椭圆于[M、N]两点,[A]为椭圆的左顶点,试判断[∠MAN]的大小是否为定值,并说明理由.
解析 (1)由题意,可求得椭圆方程为[x24+y2=1.]
(2)设直线[MN]的方程为[x=ky-65,]
联立直线[MN]和曲线[C]的方程[x=ky-65,x24+y2=1.]
消去[x],得[(k2+4)y2-125ky-6425=0]
[Δ=(125k)2-4×(k2+4)×(-6425)=(125k)2+4×(k2+4)×6425>0,]
设[M(x1,y1), N(x2,y2), A(-2,0)],
则[y1+y2=12k5(k2+4),][y1y2=-6425(k2+4),]
则[AM⋅AN=(x1+2,y1)⋅(x2+2,y2)]
[=(k2+1)y1y2+45k(y1+y2)+1625=0,]
所以 [∠MAN=π2].
点拨 (1)研究直线与椭圆的位置关系时,通过联立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,得到关于另一变量的一元二次方程.
①△>0⇔直线与椭圆相交⇔有两个公共点;
②△=0⇔直线与椭圆相切⇔有且只有一个公共点;
③△<0⇔直线与椭圆相离⇔无公共点.
(2)有关定值问题的探讨是近几年高考中的热点题型,常要引进参数(如上面的[k]),再通过演算推理,证明运算结果与参数无关.