多角度探究离心率问题

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  摘 要:离心率又叫偏心率,用来描述行星运行轨道形状,解释为形状从圆形偏离了多少,是天体计算中定义轨道形状的重要参数。圆锥曲线中的离心率问题综合性比较强,又灵活多变,能很好的考查学生对圆锥曲线定义及相关知识熟练掌握的程度,以及计算的灵活运用的能力,能够很好的考查圆锥曲线的知识,下面就从多角度研究焦点三角形中的离心率问题。
  关键词:离心率;圆锥曲线定义;直角三角形
  焦点三角形为直角三角形时,分为两种类型,一种是一个焦点与另一焦点及椭圆上点的张角为90°。另一种是椭圆上点与两焦点的张角为90°;利用直角几何关系体现边角之间的关系,向双曲线定义靠拢,得出基本量关系,利用离心率基本公式求得离心率。
  例1:设椭圆(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,P为C上的点,PF1⊥F1F2,∠F1F2P=30°,则C的离心率为
  A. B. C. D.
  正确答案:D
  方法一:在Rt△ABC中,|F1F2|=2c,∠F1F2P=30°,则|PF1|=,|PF2|=,
  由椭圆定义,|PF1|+|PF2|==2a,所以
  精简过程:设|PF1|=1,由已知|F1F2|=,|PF2|=2,则。
  方法二:在Rt△ABC中,|PF1|=,
  则b2=2ac,又b2=a2-c2,所以a2-c2=2ac,所以e2+2e-=0.
  解得e=。
  这种直角三角形的离心率问题比较简单,可直接找到三边关系,利用椭圆、双曲线基本定义,直接解决问题。
  例2:已知F1,F2分别是椭圆(a>0,b>0)的左、右焦点,若椭圆上存在点P使得PF1⊥PF2,则该椭圆离心率的取值范围是
  A.[,1) B.[,1)
  C.(0,] D.(0,]
  正确答案:B
  方法一、图形感知
  先直观感知,从椭圆的圆扁程度直接感知,什么樣的椭圆上存在点P使得PF1⊥PF2,什么样的椭圆不存在呢?应该是越扁的椭圆,存在点P使得PF1⊥PF2的几率越大一些,如下图,
  所以离心率e是趋近于1的,又张角∠F1PF2最大时,点P在椭圆上下顶点位置,如下图此时离心率e为。
  方法二、几何法1设|PF1|=r1,|PF2|=r2,|F1F2|=2c,
  则又,
  所以4c2≥,即2c2≥a2,即e2≥,所以≤e<1。
  方法三、利用焦点三角形面积
  设|PF1|=r1,|PF2|=r2,△PF1F2的面积S=r1r2==b2,所以r1r2=2b2≤==2a2,即b2≤a2,所以a2-c2≤c2,a2≤2c2,e2≥,所以≤e<1。
  方法四、坐标法
  理解条件PF1⊥PF2,动点P在以F1F2为直径的圆上,又点P在椭圆上,所以P为圆和椭圆的交点,通过坐标法解决。
  联立消y得,
  因为0≤x2≤a2,0≤≤a2,解得≤e<1。
  方法五、几何法2
  由上面的方法二可知,P为圆和椭圆的交点,观察下面的图形。
  发现如果保证圆与椭圆有焦点,b≤c,
  两边平方,b2≤c2,即a2-c2≤c2,a2≤2c2,所以≤e<1。
  方法六、用椭圆定义及正弦定理
  设∠PF1F2=α,∠PF2F1=β,由已知α+β=90°,α∈(0,)。
  因为α∈(0,),所以α+∈(,),所以sin(α+)∈(1,],e∈[,1)。
  利用焦点三角形求解离心率问题中,三角形设置多为特殊的三角形,通过特殊角或者边的关系,利用正余弦定理,得出基本量的关系,从而到达离心率的求解。对于垂直关系PF1⊥PF2的理解还可以有很多角度,比如:向量点积为零,斜率互为负倒数等,每种解法都进行尝试,拓展学生视野,在实践中对解法进行衡量对比,为以后的考试积累经验,形成正确的数学感觉,理解解析几何的本质,形引路,数计算,数形深度融合。
  参考文献
  [1]李莹琪.椭圆离心率求解方法探究[J].科学咨询(科技·管理),2019(02):165-166。
  [2]申楠.判别式法在高中数学中的应用[J].纳税,2017(23):174.
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