2.2.2椭圆的简单几何性质
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2.2.2 椭圆的简单几何性质(二)预习导引区核心必知1.预习教材,问题导入根据以下提纲,预习教材的内容,回答下列问题.观察教材,思考以下问题:(1)椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)中x,y的取值范围各是什么?(2)椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的对称轴和对称中心各是什么?(3)椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)与坐标轴的交点坐标是什么?(4)椭圆的长轴和短轴分别对应图中的哪些线段?(5)椭圆的离心率是什么?用什么符号表示?其取值范围是什么?(6)如果保持椭圆的长半轴长a不变,改变椭圆的短半轴长b的值,你发现b的变化与椭圆的扁圆程度有什么关系?(7)根据离心率的定义及椭圆中a,b,c的关系可知,e=ca=c2a2=a2-b2a2=1-⎝⎛⎭⎫ba2,所以e越接近于1,则c越接近于a,从而b=a2-c2就越小;e越接近于0,则c越接近于0,从而b越接近于a.那么e的大小与椭圆的扁圆程度有什么关系?2.归纳总结,核心必记椭圆的简单几何性质焦点的位置焦点在x轴上焦点在y轴上图形标准方程续表焦点的位置焦点在x轴上焦点在y轴上范围-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)轴长短轴长=2b,长轴长=2a焦点F1(-c,0),F2(c,0)F1(0,-c),F2(0,c)焦距|F1F2|=2c对称性对称轴x轴和y轴,对称中心(0,0)离心率e=ca(0<e<1)问题思考(1)借助椭圆图形分析,你认为椭圆上到对称中心距离最近和最远的点各是哪些?(2)借助椭圆图形分析,你认为椭圆上的点到焦点距离的最大值和最小值各是何值?(3)如何用a,b表示离心率?课堂互动区知识点1 由椭圆的标准方程研究几何性质讲一讲1.求椭圆4x 2+9y 2=36的长轴长和焦距、焦点坐标、顶点坐标和离心率.类题·通法解决此类问题的方法是将所给方程先化为标准形式,然后根据方程判断出椭圆的焦点在哪个坐标轴上,再利用a ,b ,c 之间的关系和定义,求椭圆的基本量. 练一练1.求椭圆m 2x 2+4m 2y 2=1(m >0)的长轴长、短轴长、焦点坐标、顶点坐标和离心率.知识点2 由椭圆的几何性质求方程 讲一讲2.求适合下列条件的椭圆的标准方程. (1)长轴长是短轴长的5倍,且过点A (5,0); (2)离心率e =35,焦距为12.类题·通法(1)根据椭圆的几何性质求标准方程,通常采用待定系数法,其步骤仍然是“先定型,后计算”,即首先确定焦点位置,其次根据已知条件构造关于参数的关系式,利用方程(组)求得参数.(2)在求椭圆方程时,要注意根据题目条件判断焦点所在的坐标轴,从而确定方程的形式,若不能确定焦点所在的坐标轴,则应进行讨论.一般地,已知椭圆的焦点坐标时,可以确定其所在的坐标轴;而已知椭圆的离心率、长轴长、短轴长、焦距时,则不能确定焦点的位置,这时应对两种情况分别求解并进行取舍.练一练2.求满足下列条件的椭圆的标准方程.(1)长轴长是短轴长的2倍,且经过点A(2,3);(2)短轴一个端点与两焦点组成一个正三角形,且焦点到同侧顶点的距离为 3.知识点3 求椭圆的离心率讲一讲3.已知椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左焦点为F1(-c,0),A(-a,0),B(0,b)是两个顶点,如果F1到直线AB的距离为b7,求椭圆的离心率e.类题·通法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=ca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=ca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.练一练3.如图,已知F1为椭圆的左焦点,A,B分别为椭圆的右顶点和上顶点,P为椭圆上的一点,当PF1⊥F1A,PO∥AB(O为椭圆的中心)时,求椭圆的离心率.——————————————[课堂归纳·感悟提升]———————————————1.本节课的重点是椭圆的几何性质及椭圆离心率的求法,难点是求椭圆的离心率.2.由椭圆的几何性质求标准方程时易忽视椭圆的焦点位置,这也是本节课的易错点.3.本节课要重点掌握的规律方法(1)已知椭圆的方程讨论性质时,若不是标准形式,应先化成标准形式,见讲1.(2)根据椭圆的几何性质,可以求椭圆的标准方程,其基本思路是“先定型,再定量”,常用的方法是待定系数法,见讲2.(3)求椭圆的离心率要注意函数与方程的思想、数形结合思想的应用,见讲3.参考答案预习导引区核心必知1.(1)提示:-a ≤x ≤a ,-b ≤y ≤b .(2)提示:对称轴为x 轴和y 轴,对称中心为坐标原点(0,0). (3)提示:与x 轴的交点坐标为(±a ,0),与y 轴的交点坐标为(0,±b ). (4)提示:长轴为A 1A 2,短轴为B 1B 2. (5)提示:离心率e =ca;0<e <1.(6)提示:b 越大,椭圆越圆;b 越小,椭圆越扁. (7)提示:e 越大,椭圆越扁;e 越小,椭圆越圆. 问题思考(1)提示:短轴端点B 1和B 2到中心O 的距离最近;长轴端点A 1和A 2到中心O 的距离最远. (2)提示:点(a ,0),(-a ,0)与焦点F 1(-c ,0)的距离分别是椭圆上的点与焦点F 1的最大距离和最小距离,分别为a +c 和a -c . (3)提示:由e =c a 得e 2=c 2a 2=a 2-b 2a 2, ∴e = 1-⎝⎛⎭⎫b a 2. ∴e =1-b 2a2. 课堂互动区知识点1 由椭圆的标准方程研究几何性质 讲一讲1.解:将椭圆方程变形为x 29+y 24=1,∴a =3,b =2.∴c =a 2-b 2=9-4= 5. ∴椭圆的长轴长和焦距分别为2a =6,2c =25, 焦点坐标为F 1(-5,0),F 2(5,0),顶点坐标为A 1(-3,0),A 2(3,0),B 1(0,-2),B 2(0,2),离心率e =c a =53.练一练1.解:椭圆的方程m 2x 2+4m 2y 2=1(m >0), 可转化为x 21m 2+y 214m 2=1.∵m 2<4m 2,∴1m 2>14m 2, ∴椭圆的焦点在x 轴上,并且长半轴长a =1m ,短半轴长b =12m ,半焦距长c =32m .∴椭圆的长轴长2a =2m ,短轴长2b =1m ,焦点坐标为⎝⎛⎭⎫-32m ,0,⎝⎛⎭⎫32m ,0,顶点坐标为⎝⎛⎭⎫1m ,0,⎝⎛⎭⎫-1m ,0,⎝⎛⎭⎫0,-12m ,⎝⎛⎭⎫0,12m . 离心率e =c a =32m 1m=32.知识点2 由椭圆的几何性质求方程 讲一讲2.解:(1)若椭圆焦点在x 轴上,设其标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),由题意得⎩⎪⎨⎪⎧2a =5×2b ,25a 2+0b 2=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =5,b =1.故所求椭圆的标准方程为x 225+y 2=1;若焦点在y 轴上,设其标准方程为y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0),由题意,得⎩⎪⎨⎪⎧2a =5×2b ,0a 2+25b 2=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =25,b =5.故所求椭圆的标准方程为y 2625+x 225=1.综上所述,所求椭圆的标准方程为x 225+y 2=1或y 2625+x 225=1. (2)由e =c a =35,2c =12,得a =10,c =6,∴b 2=a 2-c 2=64.当焦点在x 轴上时,所求椭圆的标准方程为x 2100+y 264=1;当焦点在y 轴上时,所求椭圆的标准方程为y 2100+x 264=1.综上所述,所求椭圆的标准方程为x 2100+y 264=1或y 2100+x 264=1.练一练2.解:(1)若椭圆的焦点在x 轴上, 设标准方程为x 24b 2+y 2b2=1(b >0),∵椭圆过点A (2,3),∴1b 2+9b 2=1,b 2=10.∴方程为x 240+y 210=1.若椭圆的焦点在y 轴上. 设椭圆方程为y 24b 2+x 2b2=1(b >0),∵椭圆过点A (2,3),∴94b 2+4b 2=1,b 2=254.∴方程为y 225+4x 225=1.综上所述,椭圆的标准方程为x 240+y 210=1或y 225+4x 225=1.(2)由已知⎩⎨⎧a =2c ,a -c =3,∴⎩⎨⎧a =23,c = 3.从而b 2=9,∴所求椭圆的标准方程为x 212+y 29=1或x 29+y 212=1.知识点3 求椭圆的离心率 讲一讲3.解:由A (-a ,0),B (0,b ), 得直线AB 的斜率为k AB =ba,故AB 所在的直线方程为y -b =bax ,即bx -ay +ab =0.又F 1(-c ,0),由点到直线的距离公式可得d =|-bc +ab |a 2+b 2=b7, ∴7·(a -c )=a 2+b 2.又b 2=a 2-c 2,整理,得8c 2-14ac +5a 2=0, 即8⎝⎛⎭⎫c a 2-14c a +5=0.∴8e 2-14e +5=0. 解得e =12或e =54(舍去).综上可知,椭圆的离心率e =12.练一练3.解:由已知可设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),则由题意可知P ⎝⎛⎭⎫-c ,b 2a .∵△PF 1O ∽△BOA , ∴PF 1BO =F 1O OA . ∴b 2a b =ca ,即b =c , ∴a 2=2c 2, ∴e =c a =22.。
第一课时椭圆的简单几何性质[提出问题]图中椭圆的标准方程为x2 a2+y2b2=1(a>b>0).问题1:椭圆具有对称性吗?提示:有.椭圆是以原点为对称中心的中心对称图形,也是以x轴、y轴为对称轴的轴对称图形.问题2:可以求出椭圆与坐标轴的交点坐标吗?提示:可以,令y=0得x=±a,故A1(-a,0),A2(a,0),同理可得B1(0,-b),B2(0,b).问题3:椭圆方程中x,y的取值范围是什么?提示:x∈[-a,a],y∈[-b,b].问题4:当a的值不变,b逐渐变小时,椭圆的形状有何变化?提示:b越小,椭圆越扁.[导入新知]椭圆的简单几何性质1.由不等式x 2a 2=1-y 2b 2≤1可得|x |≤a ,由y 2b 2=1-x 2a2≤1可得|y |≤b ,从而可得椭圆的范围.2.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,注意长轴长是2a ,而不是a .3.椭圆的离心率e 的大小,描述了椭圆的扁平程度.e 越接近1,则c 就越接近a ,从而b =a 2-c 2越小,因此,椭圆越扁;反之,e 越接近0,则c 就越接近0,从而b 越接近a ,这时椭圆越接近圆.特别地,当a =b 时,c =0,椭圆就变为圆了,此时方程为x 2+y 2=a 2.[例1] 求椭圆4x 2+9y 2=36 [解] 椭圆方程变形为x 29+y 24=1,∴a =3,b =2,∴c = a 2-b 2=9-4= 5.∴椭圆的长轴长和焦距分别为2a =6,2c =25, 焦点坐标为F 1(-5,0),F 2(5,0),顶点坐标为A 1(-3,0),A 2(3,0),B 1(0,-2),B 2(0,2), 离心率e =c a =53. [类题通法]求椭圆的性质时,应把椭圆化为标准方程,注意分清楚焦点的位置,这样便于直观地写出a ,b 的数值,进而求出c ,求出椭圆的长轴和短轴的长、离心率、焦点和顶点的坐标等几何性质.[活学活用]已知椭圆C 1:x 2100+y 264=1,设椭圆C 2与椭圆C 1的长轴长、短轴长分别相等,且椭圆C 2的焦点在y 轴上.(1)求椭圆C 1的长半轴长、短半轴长、焦点坐标及离心率; (2)写出椭圆C 2的方程,并研究其性质.解:(1)由椭圆C 1:x 2100+y 264=1可得其长半轴长为10,短半轴长为8,焦点坐标(6,0),(-6,0),离心率e =35.(2)椭圆C 2:y 2100+x 264=1, 性质:①范围:-8≤x ≤8,-10≤y ≤10; ②对称性:关于x 轴、y 轴、原点对称;③顶点:长轴端点(0,10),(0,-10),短轴端点(-8,0),(8,0); ④离心率:e =35.[例2] (1)长轴长是10,离心率是45;(2)在x 轴上的一个焦点与短轴两个端点的连线互相垂直,且焦距为6. [解] (1)设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)或y 2a 2+x 2b2=1(a >b >0). 由已知得2a =10,a =5.又∵e =c a =45,∴c =4.∴b 2=a 2-c 2=25-16=9.∴椭圆的标准方程为x 225+y 29=1或y 225+x 29=1.(2)依题意可设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0).如图所示,△A 1FA 2为一等腰直角三角形,OF 为斜边A 1A 2的中线(高),且|OF |=c ,|A 1A 2|=2b , 则c =b =3,a 2=b 2+c 2=18, 故所求椭圆的标准方程为x 218+y 29=1.[类题通法](1)利用椭圆的几何性质求椭圆的标准方程时,通常采用待定系数法,其步骤是: ①确定焦点位置.②设出相应椭圆的方程(对于焦点位置不确定的椭圆可能有两种标准方程).③根据已知条件构造关于参数的关系式,利用方程(组)求参数.列方程(组)时常用的关系式为b 2=a 2-c 2,e =c a等.(2)在椭圆的简单性质中,轴长、离心率不能确定椭圆的焦点位置,因此仅依据这些条件确定的椭圆方程可能有两个.[活学活用]求适合下列条件的椭圆的标准方程. (1)焦点在x 轴上,短轴长为2,离心率e =22; (2)长轴长是短轴长的5倍,且过点A (5,0).解:(1)设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0),由题意知⎩⎪⎨⎪⎧a 2=b 2+c 2,c a =22,2b =2,解得a =2,b =1,因此,椭圆的标准方程为x 22+y 2=1.(2)若椭圆焦点在x 轴上,设其标准方程为x 2a 2+y2b 2=1(a >b >0),由题意得⎩⎪⎨⎪⎧2a =5×2b ,25a 2+0b2=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =5,b =1.故所求椭圆的标准方程为x 225+y 2=1;若焦点在y 轴上,设其标准方程为y 2a 2+x 2b2=1(a >b >0),由题意,得⎩⎪⎨⎪⎧2a=5×2b ,0a 2+25b 2=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =25,b =5.故所求椭圆的标准方程为y 2625+x 225=1.综上所述,所求椭圆的标准方程为x 225+y 2=1或y 2625+x 225=1.[例3] 如图,已知F 1P 为椭圆上的一点,当PF 1⊥F 1A ,PO ∥AB (O 为椭圆的中心)时,求椭圆的离心率.[解] 由已知可设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0), 则由题意可知P ⎝⎛⎭⎪⎫-c ,b 2a .∵△PF 1O ∽△BOA ,∴PF 1BO =F 1OOA ,∴b 2a b =c a,即b =c , ∴a 2=2c 2,∴e =ca =22. [类题通法]椭圆的离心率的求法求椭圆的离心率,关键是寻找a 与c 的关系,一般地: (1)若已知a ,c ,则直接代入e =c a求解; (2)若已知a ,b ,则由e =1-⎝ ⎛⎭⎪⎫b a 2求解;(3)若已知a ,b ,c 的关系,则可转化为a ,c 的齐次式,再转化为含e 的方程求解即可. [活学活用]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.12 B.32 C.34 D.64 解析:选A 依题意,△BF 1F 2是正三角形.∵在Rt △OBF 2中,|OF 2|=c ,|BF 2|=a ,∠OF 2B =60°,∴a cos 60°=c ,∴c a=12,即椭圆的离心率e =12.4.忽视椭圆焦点位置致误[典例] 已知椭圆的中心在原点,对称轴是坐标轴,离心率e =32,且过P (2,3),求此椭圆的标准方程. [解] (1)当焦点在x 轴上时, 设椭圆的标准方程为x 2a 2+y2b 2=1(a >b >0). 由题意知⎩⎪⎨⎪⎧c a =32,4a 2+9b 2=1,a 2=b 2+c 2,解得b 2=10,a 2=40.所以所求椭圆的标准方程为x 240+y 210=1. (2)当焦点在y 轴上时,设椭圆的标准方程为y 2a 2+x 2b2=1(a >b >0).由题意得⎩⎪⎨⎪⎧c a =32,9a 2+4b 2=1,a 2=b 2+c 2,解得b 2=254,a 2=25.所以所求椭圆的标准方程为y 225+x 2254=1. 综上,所求椭圆的标准方程为x 240+y 210=1或y 225+x 2254=1.[易错防范]求解时不讨论焦点的位置,而默认为椭圆的焦点在x 轴上,这是最常见的错解. [成功破障] 若椭圆x 2k +8+y 29=1的离心率e =12,则k 的值等于________. 解析:分两种情况进行讨论:当焦点在x 轴上时,a 2=k +8,b 2=9,得c 2=k -1, 又∵e =12,∴k -1k +8=12,解得k =4. 当焦点在y 轴上时,a 2=9,b 2=k +8,得c 2=1-k , 又∵e =12,解得k =-54.∴k =4或k =-54.答案:4或-54[随堂即时演练]1.中心在原点,焦点在x 轴上,若长轴长为18,且两个焦点恰好将长轴3等分,则此椭圆的标准方程是( ) A.x 281+y 272=1 B.x 281+y 29=1 C.x 281+y 245=1 D.x 281+y 236=1 解析:选A 因为2a =18,2c =13×2a =6,所以a =9,c =3,b 2=81-9=72.2.椭圆C 1:x 225+y 29=1与椭圆C 2:x 225-k +y 29-k =1(k <9)( )A .有相同的长轴B .有相同的短轴C .有相同的焦点D .有相等的离心率解析:选C 25-9=(25-k )-(9-k ),故两椭圆有相同的焦点. 3.椭圆x 2+4y 2=16的短轴长为________. 解析:由x 216+y 24=1可知b =2, ∴短轴长2b =4. 答案:44.直线x +2y -2=0经过椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的一个焦点和一个顶点,则该椭圆的离心率e =________.解析:由题意知椭圆焦点在x 轴上, ∴在直线x +2y -2=0中, 令y =0得c =2;令x =0得b =1. ∴a =b 2+c 2= 5.∴e =c a =255.答案:2555.求适合下列条件的椭圆的标准方程: (1)中心在坐标原点,长轴在x 轴上,离心率为32,且椭圆上一点到两个焦点的距离之和为12; (2)对称轴是坐标轴,一个焦点是(0,7),一个顶点是(9,0). 解:(1)由题意设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0), ∵椭圆上一点到两个焦点的距离之和为12, ∴2a =12,即a =6. ∵椭圆的离心率为32, ∴e =c a =a 2-b 2a =36-b 26=32,∴b 2=9.∴椭圆的标准方程为x 236+y 29=1.(2)由题意知椭圆的焦点在y 轴上,可设椭圆的标准方程为y 2a 2+x 2b2=1(a >b >0),则b =9.因为c =7,所以a 2=b 2+c 2=81+49=130, ∴椭圆的标准方程为y 2130+x 281=1.[课时达标检测]一、选择题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 .(±13,0) B .(0,±10) C .(0,±13)D .(0,±69)解析:选D 由题意知椭圆焦点在y 轴上,且a =13,b =10, 则c =a 2-b 2=69,故焦点坐标为(0,±69).2.已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右焦点为F 1,F 2,离心率为33,过F 2的直线l 交C 于A ,B 两点.若△AF 1B 的周长为43,则C 的方程为( )A.x 23+y 22=1B.x 23+y 2=1C.x 212+y 28=1 D.x 212+y 24=1 解析:选A 由椭圆的性质知|AF 1|+|AF 2|=2a ,|BF 1|+|BF 2|=2a ,∴a = 3. 又∵e =33, ∴c =1.∴b 2=a 2-c 2=2, ∴椭圆的方程为x 23+y 22=1.3.已知椭圆x 2a 2+y 2b 2=1与椭圆x 225+y 216=1有相同的长轴,椭圆x 2a 2+y 2b 2=1的短轴长与椭圆y 221+x 29=1的短轴长相等,则( )A .a 2=25,b 2=16 B .a 2=9,b 2=25C .a 2=25,b 2=9或a 2=9,b 2=25 D .a 2=25,b 2=9解析:选D 因为椭圆x 225+y 216=1的长轴长为10,焦点在x 轴上,椭圆y 221+x 29=1的短轴长为6,所以a 2=25,b 2=9.4.已知椭圆x 2a 2+y 2b 2=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AP ―→=2PB ―→,则椭圆的离心率是( )A.32 B.22C.13D.12解析:选D ∵AP ―→=2PB ―→, ∴|AP ―→|=2|PB ―→|. 又∵PO ∥BF , ∴|PA ||AB |=|AO ||AF |=23, 即aa +c =23, ∴e =c a =12.5.椭圆mx 2+ny 2+mn =0(m <n <0)的焦点坐标是( ) A .(0,±m -n ) B .(±m -n ,0) C .(0,±n -m )D .(±n -m ,0)解析:选C 化为标准方程是x2-n +y2-m=1,∵m <n <0,∴0<-n <-m .∴焦点在y 轴上,且c =-m --n =n -m . 二、填空题6.与椭圆9x 2+4y 2=36有相同焦点,且短轴长为45的椭圆方程是________________.解析:椭圆9x 2+4y 2=36可化为x 24+y 29=1,因此可设待求椭圆为x 2m +y 2m +5=1.又因为b =25,故m =20,得x 220+y 225=1. 答案:x 220+y 225=17.椭圆x 24+y 2m =1的离心率为12,则m =________.解析:当焦点在x 轴上时,4-m 2=12⇒m =3; 当焦点在y 轴上时,m -4m=12⇒m =163. 综上,m =3或m =163.答案:3或1638.已知椭圆的中心在原点,焦点在x 轴上,离心率为55, 且过点P (-5,4),则椭圆的方程为__________. 解析:∵e =c a =55, ∴c 2a 2=a 2-b 2a 2=15, ∴5a 2-5b 2=a 2, 即4a 2=5b 2.设椭圆的标准方程为x 2a 2+5y 24a2=1(a >0).∵椭圆过点P (-5,4),∴25a 2+5×164a 2=1,解得a 2=45.∴椭圆的方程为x 245+y 236=1. 答案:x 245+y 236=1三、解答题※ 推 荐 ※ 下 载 ※ 椭圆C 于A ,B 两点,且△ABF 2的周长为16,求椭圆C 的标准方程.解:设椭圆C 的标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0). 由e =22知c a =22,故c 2a 2=12, 从而a 2-b 2a 2=12,b 2a 2=12. 由△ABF 2的周长为|AB |+|BF 2|+|AF 2|=|AF 1|+|AF 2|+|BF 1|+|BF 2|=4a =16,得a =4,∴b 2=8. 故椭圆C 的标准方程为x 216+y 28=1. 10.椭圆x 2a 2+y 2b2=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. 解:设P (x ,y ),由∠APO =90°知,点P 在以OA 为直径的圆上,圆的方程是:⎝ ⎛⎭⎪⎫x -a 22+y 2=⎝ ⎛⎭⎪⎫a 22, 所以y 2=ax -x 2.① 又因为P 点在椭圆上,故x 2a 2+y 2b2=1.② 把①代入②化简,得(a 2-b 2)x 2-a 3x +a 2b 2=0,即(x -a )[(a 2-b 2)x -ab 2]=0.∵x ≠a ,x ≠0, ∴x =ab 2a 2-b2,又0<x <a , ∴0<ab 2a 2-b 2<a ,即2b 2<a 2. 由b 2=a 2-c 2,得a 2<2c 2,所以e >22. 又∵0<e <1,∴22<e <1, 即椭圆离心率的取值范围是⎝⎛⎭⎪⎫22,1.。
2.2.2椭圆的简单几何性质第1课时椭圆的几何性质学习目标 1.掌握椭圆的几何性质,了解椭圆标准方程中a,b,c的几何意义.2.会用椭圆的几何意义解决相关问题.知识点一椭圆的简单几何性质焦点的位置焦点在x轴上焦点在y轴上图形标准方程x2a2+y2b2=1(a>b>0)y2a2+x2b2=1(a>b>0)范围-a≤x≤a,-b≤y≤b -b≤x≤b,-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)轴长短轴长=2b,长轴长=2a焦点(±a2-b2,0)(0,±a2-b2) 焦距|F1F2|=2a2-b2对称性对称轴:x轴、y轴对称中心:原点离心率e=ca∈(0,1) 知识点二离心率对椭圆扁圆程度的影响如图所示,在Rt△BF2O中,cos∠BF2O=ca,记e=ca,则0<e<1,e越大,∠BF2O越小,椭圆越扁;e越小,∠BF2O越大,椭圆越圆.1.椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的长轴长是a .( × )2.椭圆的离心率e 越大,椭圆就越圆.( × )3.若椭圆的对称轴为坐标轴,长轴长与短轴长分别为10,8,则椭圆的方程为x 225+y 216=1.( × )4.设F 为椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的一个焦点,M 为其上任一点,则|MF |的最大值为a +c (c 为椭圆的半焦距).( √ )一、椭圆的简单几何性质例1 求椭圆m 2x 2+4m 2y 2=1(m >0)的长轴长、短轴长、焦点坐标、顶点坐标和离心率. 解 由已知得x 21m 2+y 214m 2=1(m >0),因为0<m 2<4m 2,所以1m 2>14m2,所以椭圆的焦点在x 轴上,并且长半轴长a =1m ,短半轴长b =12m ,半焦距c =32m,所以椭圆的长轴长2a =2m ,短轴长2b =1m ,焦点坐标为⎝⎛⎭⎫-32m ,0,⎝⎛⎭⎫32m ,0,顶点坐标为⎝⎛⎭⎫1m ,0,⎝⎛⎭⎫-1m ,0,⎝⎛⎭⎫0,-12m ,⎝⎛⎭⎫0,12m , 离心率e =c a =32m 1m=32.反思感悟 从椭圆的标准方程出发,分清其焦点位置,然后再写出相应的性质.跟踪训练1 已知椭圆C 1:x 2100+y 264=1,设椭圆C 2与椭圆C 1的长轴长、短轴长分别相等,且椭圆C 2的焦点在y 轴上.(1)求椭圆C 1的长半轴长、短半轴长、焦点坐标及离心率;(2)写出椭圆C 2的方程.解 (1)由椭圆C 1:x 2100+y 264=1,可得其长半轴长为10,短半轴长为8,焦点坐标为(6,0),(-6,0),离心率e =35.(2)椭圆C 2:y 2100+x 264=1.二、由几何性质求椭圆的标准方程 例2 求适合下列条件的椭圆的标准方程. (1)短轴长25,离心率e =23;(2)在x 轴上的一个焦点与短轴两个端点的连线互相垂直,且焦距为6. 解 (1)由2b =25,e =c a =23,得b 2=5,a 2-b 2a 2=49,a 2=9.当焦点在x 轴上时,所求椭圆的标准方程为x 29+y 25=1;当焦点在y 轴上时,所求椭圆的标准方程为y 29+x 25=1.综上,所求椭圆的标准方程为x 29+y 25=1或y 29+x 25=1.(2)依题意可设椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0).如图所示,△A 1F A 2为一等腰直角三角形,OF 为斜边A 1A 2的中线(高),且|OF |=c ,|A 1A 2|=2b , 所以c =b =3, 所以a 2=b 2+c 2=18, 故所求椭圆的方程为x 218+y 29=1.反思感悟 此类问题应由所给的几何性质充分找出a ,b ,c 所应满足的关系式,进而求出a ,b ,在求解时,需注意椭圆的焦点位置.跟踪训练2 分别求出满足下列条件的椭圆的标准方程.(1)短轴的一个端点到一个焦点的距离为5,焦点到椭圆中心的距离为3; (2)离心率为32,经过点(2,0). 解 (1)由题意知a =5,c =3,b 2=25-9=16, 焦点所在坐标轴可为x 轴,也可为y 轴, 故椭圆的标准方程为x 225+y 216=1或x 216+y 225=1.(2)由e =c a =32,设a =2k ,c =3k ,k >0,则b =k . 又经过的点(2,0)为其顶点,故若点(2,0)为长轴顶点,则a =2,b =1, 椭圆的标准方程为x 24+y 2=1;若点(2,0)为短轴顶点,则b =2,a =4,椭圆的标准方程为x 24+y 216=1.三、求椭圆的离心率例3 (1)如图所示,A ,B ,C 分别为椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的顶点与焦点,若∠ABC =90°,则该椭圆的离心率为( )A.-1+52 B .1-22 C.2-1 D.22答案 A解析 由(a +c )2=a 2+2b 2+c 2, 又因为b 2=a 2-c 2,所以c 2+ac -a 2=0. 因为e =ca,所以e 2+e -1=0,所以e =-1+52.(2)已知椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),F 1,F 2分别是椭圆的左、右焦点,椭圆上总存在点P 使得PF 1⊥PF 2,则椭圆的离心率的取值范围为________. 答案 ⎣⎡⎭⎫22,1解析 由PF 1⊥PF 2,知△F 1PF 2是直角三角形, 所以|OP |=c ≥b ,即c 2≥a 2-c 2,所以a ≤2c , 因为e =c a ,0<e <1,所以22≤e <1.反思感悟 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 =ca 求解.若已知a ,b 或b ,c 可借助于a 2=b 2+c 2求出c 或a ,再代入公式e =ca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a 2=b 2+c 2,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.跟踪训练3 已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,右顶点为A ,上顶点为B ,若椭圆C 的中心到直线AB 的距离为66|F 1F 2|,求椭圆C 的离心率. 解 由题意知A (a ,0),B (0,b ), 从而直线AB 的方程为x a +yb =1,即bx +ay -ab =0, 又|F 1F 2|=2c ,∴aba 2+b 2=63c . ∵b 2=a 2-c 2,∴3a 4-7a 2c 2+2c 4=0, 解得a 2=2c 2或3a 2=c 2(舍去),∴e =22.椭圆几何性质的应用典例 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d 1,最远距离为d 2,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,上面住着一个神仙发射某种神秘信号,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 .d 1+d 2+RB .d 2-d 1+2RC .d 2+d 1-2RD .d 1+d 2答案 D解析 设椭圆的方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),半焦距为c ,两焦点分别为F 1,F 2,飞行中的航天员为点P ,由已知可得⎩⎪⎨⎪⎧d 1+R =a -c ,d 2+R =a +c ,则2a =d 1+d 2+2R ,故传送神秘信号的最短距离为|PF 1|+|PF 2|-2R =2a -2R =d 1+d 2.[素养提升] 将太空中的轨迹与学过的椭圆建立起对应关系.利用椭圆的几何性质来解决航空航天问题,考查了学生运用所学知识解决实际问题的能力.1.椭圆以两坐标轴为对称轴,并且过点(0,13),(-10,0),则焦点坐标为( ) A .(±13,0) B .(0,±10) C .(0,±13) D .(0,±69)答案 D解析 由题意知,椭圆的焦点在y 轴上, 且a =13,b =10,则c =a 2-b 2=69,故选D.2.已知中心在原点的椭圆C 的右焦点为F (1,0),离心率等于12,则椭圆C 的方程是( )A.x 23+y 24=1 B.x 24+y 23=1 C.x 24+y 23=1 D.x 24+y 2=1 答案 C解析 依题意知,所求椭圆的焦点位于x 轴上, 且c =1,e =c a =12,即a =2,b 2=a 2-c 2=3,因此椭圆的方程是x 24+y 23=1.3.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.12 B.32 C.34D.64答案 A解析 不妨设椭圆的左、右焦点分别为F 1,F 2,B 为椭圆的上顶点.依题意可知,△BF 1F 2是正三角形. ∵在Rt △OBF 2中,|OF 2|=c , |BF 2|=a ,∠OF 2B =60°, ∴cos 60°=c a =12,即椭圆的离心率e =12,故选A.4.椭圆x 2k +8+y 29=1的离心率为12,则k 的值为( )A .4B .-54C .4或-54D .不能确定答案 C解析 当k +8>9,即k >1时,e 2=c 2a 2=k +8-9k +8=14,k =4.当0<k +8<9,即-8<k <1时, e 2=c 2a 2=9-k -89=14,k =-54.5.椭圆x 2+my 2=1的焦点在y 轴上,长轴长是短轴长的2倍,则m 的值为( ) A.12 B.14 C .2 D .4 答案 B解析 椭圆x 2+my 2=1的焦点在y 轴上,短半轴长为1,长轴长是短轴长的2倍, 故1m =2,解得m =14.1.知识清单: (1)椭圆的几何性质. (2)求椭圆的离心率.2.方法归纳:定义法、数形结合、函数与方程.3.常见误区:忽略椭圆离心率的范围0<e <1及长轴长与a 的关系.1.已知椭圆C :x 2a 2+y 24=1的一个焦点为(2,0),则椭圆C 的离心率为( )A.13B.12C.22D.223 答案 C解析 ∵a 2=4+22=8,∴a =22,∴e =c a =222=22.故选C.2.椭圆(m +1)x 2+my 2=1的长轴长是( )A.2m -1m -1B.-2-m mC.2m mD .-21-m m -1答案 C解析 椭圆方程可化简为x 211+m +y 21m =1,由题意,知m >0,∴11+m <1m,∴a =m m ,∴椭圆的长轴长2a =2mm.3.焦点在x 轴上,长、短半轴长之和为10,焦距为45,则椭圆的方程为( ) A.x 236+y 216=1 B.x 216+y 236=1 C.x 26+y 24=1 D.y 26+x 24=1 答案 A解析 设椭圆的方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),依题意得c =25,a +b =10,又a 2=b 2+c 2, 解得a =6,b =4.则椭圆的方程为x 236+y 216=1.4.已知椭圆x 2a 2+y 2b 2=1与椭圆x 225+y 216=1有相同的长轴,椭圆x 2a 2+y 2b 2=1的短轴长与椭圆y 221+x 29=1的短轴长相等,则( ) A .a 2=25,b 2=16 B .a 2=9,b 2=25C .a 2=25,b 2=9或a 2=9,b 2=25D .a 2=25,b 2=9 答案 D解析 椭圆x 225+y 216=1的长轴长为10,椭圆y 221+x 29=1的短轴长为6,由题意可知椭圆x 2a 2+y 2b 2=1的焦点在x 轴上,即有a =5,b =3.5.过椭圆x 24+y 23=1的焦点的最长弦和最短弦的长分别为( )A .8,6B .4,3C .2, 3D .4,2 3答案 B解析 由题意知a =2,b =3,c =1,最长弦过两个焦点,长为2a =4,最短弦垂直于x 轴,长度为当x =c =1时,纵坐标的绝对值的2倍为3. 6.已知椭圆的短半轴长为1,离心率0<e ≤32,则长轴长的取值范围为________. 答案 (2,4] 解析 ∵e =1-⎝⎛⎭⎫b a 2,b =1,0<e ≤32, ∴1-⎝⎛⎭⎫b a 2≤32,则1<a ≤2,∴2<2a ≤4, 即长轴长的取值范围是(2,4].7.在平面直角坐标系xOy 中,椭圆C 的中心为原点,焦点F 1,F 2在x 轴上,离心率为22.过F 1的直线l 交C 于A ,B 两点,且△ABF 2的周长为16,那么椭圆C 的方程为_____________. 答案 x 216+y 28=1解析 设椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),由e =22,知c a =22,故b 2a 2=12.由于△ABF 2的周长为|AB |+|BF 2|+|AF 2|=(|AF 1|+|AF 2|)+(|BF 1|+|BF 2|)=4a =16,故a =4,∴b 2=8,∴椭圆C 的方程为x 216+y 28=1.8.已知长方形ABCD ,AB =4,BC =3,则以A ,B 为焦点,且过C ,D 的椭圆的离心率为________. 答案 12解析 如图,AB =2c =4,∵点C 在椭圆上,∴CB +CA =2a =3+5=8,∴e =2c 2a =48=12. 9.已知椭圆x 2+(m +3)y 2=m (m >0)的离心率e =32,求m 的值及椭圆的长轴和短轴的长、焦点坐标、顶点坐标.解 椭圆方程可化为x 2m +y 2m m +3=1(m >0), ∵m -m m +3=m (m +2)m +3>0,∴m >m m +3. ∴a 2=m ,b 2=m m +3,c =a 2-b 2=m (m +2)m +3. 由e =32,得m +2m +3=32,∴m =1. ∴椭圆的标准方程为x 2+y 214=1. ∴a =1,b =12,c =32. ∴椭圆的长轴长为2,短轴长为1;两焦点坐标分别为F 1⎝⎛⎭⎫-32,0,F 2⎝⎛⎭⎫32,0; 四个顶点坐标分别为A 1(-1,0),A 2(1,0),B 1⎝⎛⎭⎫0,-12,B 2⎝⎛⎭⎫0,12. 10.已知椭圆C :x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的左、右焦点分别为F 1(-1,0),F 2(1,0),且椭圆C 经过点M ⎝⎛⎭⎫43,13,求椭圆C 的离心率.解 2a =|MF 1|+|MF 2|=⎝⎛⎭⎫43+12+⎝⎛⎭⎫132+⎝⎛⎭⎫43-12+⎝⎛⎭⎫132=2 2. 所以a = 2. 又由已知c =1,所以椭圆C 的离心率e =c a =12=22.11.椭圆的短轴的一个顶点与两焦点组成等边三角形,则它的离心率为( ) A.12B.13C.14D.22答案 A 解析 由题意知a =2c ,∴e =c a =c 2c =12. 12.已知椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0),A ,B 分别为椭圆的左顶点和上顶点,F 为右焦点,且AB ⊥BF ,则椭圆的离心率为( )A.22 B.32 C.3-12 D.5-12 答案 D解析 在Rt △ABF 中,AB =a 2+b 2,BF =a ,AF =a +c ,由AB 2+BF 2=AF 2,得a 2+b 2+a 2=(a +c )2.将b 2=a 2-c 2代入,得a 2-ac -c 2=0,即e 2+e -1=0,解得e =-1±52, 因为0<e <1,所以e =5-12. 13.若将一个椭圆绕中心旋转90°,所得椭圆的两顶点恰好是旋转前椭圆的两焦点,这样的椭圆称为“对偶椭圆”.下列椭圆的方程中,是“对偶椭圆”的方程是( ) A.x 28+y 24=1 B.x 23+y 25=1 C.x 26+y 22=1 D.x 26+y 29=1 答案 A解析 由题意,知当b =c 时,将一个椭圆绕中心旋转90°,所得椭圆的两顶点恰好是旋转前椭圆的两焦点,该椭圆为“对偶椭圆”.选项中只有A 中b =c =2符合题意,故选A.14.如图,已知F 1,F 2分别是椭圆的左、右焦点,现以F 2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F 1的直线MF 1是圆F 2的切线,则椭圆的离心率为( )A.3-1B .2- 3 C.22 D.32答案 A解析 ∵过F 1的直线MF 1是圆F 2的切线,∴∠F 1MF 2=90°,|MF 2|=c ,∵|F 1F 2|=2c ,∴|MF 1|=3c ,由椭圆定义可得|MF 1|+|MF 2|=c +3c =2a ,∴椭圆离心率e =21+3=3-1. 15.已知椭圆x 249+y 224=1上一点P 与椭圆两焦点F 1,F 2的连线夹角为直角,则|PF 1|·|PF 2|=________.答案 48解析 依题意知,a =7,b =26,c =49-24=5,|F 1F 2|=2c =10.∵PF 1⊥PF 2,∴|PF 1|2+|PF 2|2=|F 1F 2|2,即|PF 1|2+|PF 2|2=100.又由椭圆定义知|PF 1|+|PF 2|=2a =14,∴(|PF 1|+|PF 2|)2-2|PF 1|·|PF 2|=100.即196-2|PF 1|·|PF 2|=100.解得|PF 1|·|PF 2|=48.16.在平面直角坐标系中,椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的焦距为2c ,以O 为圆心,a 为半径的圆,过点⎝⎛⎭⎫a 2c ,0作圆的两切线互相垂直,则离心率e =________.答案 22 解析 如图,切线P A ,PB 互相垂直,又半径OA 垂直于P A ,所以△OAP 是等腰直角三角形,a 2c=2a . 解得e =c a =22, 则离心率e =22.17.已知椭圆E :x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的右焦点为F ,短轴的一个端点为M ,直线l :3x -4y =0交椭圆E 于A ,B 两点.若|AF |+|BF |=4,点M 到直线l 的距离不小于45,则椭圆E 的离心率的取值范围是( )A.⎝⎛⎦⎤0,32B.⎝⎛⎦⎤0,34 C.⎣⎡⎭⎫32,1 D.⎣⎡⎭⎫34,1 答案 A解析 设左焦点为F 0,连接F 0A ,F 0B ,则四边形AFBF 0为平行四边形. ∵|AF |+|BF |=4, ∴|AF |+|AF 0|=4, ∴a =2.设M (0,b ),则4b 5≥45,∴1≤b <2. 离心率e =c a=c 2a 2=a 2-b 2a 2=4-b 24∈⎝⎛⎦⎤0,32, 故选A.18.如图,已知椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),F 1,F 2分别为椭圆的左、右焦点,A 为椭圆的上顶点,直线AF 2交椭圆于另一点B .(1)若∠F 1AB =90°,求椭圆的离心率; (2)若椭圆的焦距为2,且AF 2→=2F 2B →,求椭圆的方程.解 (1)由∠F 1AB =90°及椭圆的对称性知b =c ,则e =c a =c 2a 2=c 2b 2+c 2=22. (2)由已知a 2-b 2=1,A (0,b ),F 2(1,0),设B (x ,y ), 则AF 2→=(1,-b ),F 2B →=(x -1,y ), 由AF 2→=2F 2B →,即(1,-b )=2(x -1,y ),解得x =32,y =-b 2,则94a 2+b 24b 2=1, 得a 2=3,因此b 2=2,椭圆的方程为x 23+y 22=1.。