2.5.1 椭圆的标准方程-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二数学选择性必修第一册同步课堂高效讲义配套课件(人教B版2019)
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教辅
内容正文:
第二章
平面解析几何
第二章 平面解析几何
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2 .5 椭圆及其方程
2.5.1 椭圆的标准方程
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焦点
焦距
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2c
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[课标解读]1.椭圆的定义.2.椭圆的标准方程.3.椭圆的综合应用.
知识点一 椭圆的定义
如果F1,F2是平面内的两个定点,a是一个常数,且2a>|F1F2|,则平面内满足__________________的动点P的轨迹称为椭圆,其中,两个定点F1,F2称为椭圆的_________,两个焦点间的距离|F1F2|称为椭圆的_________.
|PF1|+|PF2|=2a
知识点二 椭圆的标准方程
椭圆
焦点在x轴上
焦点在y轴上
标准方程
__________________
__________________
图形
eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)
eq \f(y2,a2)+eq \f(x2,b2)=1(a>b>0)
椭圆
焦点在x轴上
焦点在y轴上
焦点坐标
_____________________
_____________________
a,b,c的关系
_________
焦距
_________
(-c,0),(c,0)
(0,-c),(0,c)
a2=b2+c2
eq \a\vs4\al(特别提醒)
(1)关于椭圆的标准方程,当且仅当椭圆的焦点在坐标轴上,且关于原点对称时,椭圆的方程才具有标准形式.
(2)椭圆的标准方程的形式是:左边是“平方”+“平方”,右边是1,切莫记为0,中间用等号连接.
(3)椭圆的焦点在x轴上⇔标准方程中含x2项的分母较大;椭圆的焦点在y轴上⇔标准方程中含y2项的分母较大.因此由椭圆的标准方程判断椭圆的焦点位置时,要根据方程中分母的大小来判断,简记为“焦点位置看分母,焦点随着大的跑”.
1.椭圆eq \f(x2,25) +y2=1上一点P到一个焦点的距离为2,则点P到另一个焦点的距离为( )
A.5
B.6
C.7
D.8
D [设椭圆的左、右焦点分别为F1,F2,|PF1|=2,结合椭圆定义|PF2|+|PF1|=10,可得|PF2|=8.]
2.设P是椭圆eq \f(x2,25)+eq \f(y2,16)=1上的点,若F1,F2是椭圆的两个焦点,则|PF1|+|PF2|等于( )
A.4
B.5
C.8
D.10
D [由椭圆方程知2c=2,则c=1,a2=25,则a=5,
|PF1|+|PF2|=2a=10.]
3.已知椭圆eq \f(x2,6)+eq \f(y2,m)=1(m>6)的焦距为2,则m=( )
A.eq \r(37)
B.37
C.7
D.49
C [依题意可得2c=2,则c=1,c2=m-6=1,则m=7.]
4.如果方程eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,a+6)=1表示焦点在x轴上的椭圆,则实数a的取值范围是 _________.
解析: 依题意知,a2>a+6>0,
即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a2-a-6>0,,a>-6,))
解得-6<a<-2或a>3.
答案: (-6,-2)∪(3,+∞)
题型一 根据椭圆的定义求动点轨迹
(1)已知定点F1,F2,其中F1(-4,0),F2(4,0),动点P满足|PF1|+|PF2|=8,则动点P的轨迹是( )
A.椭圆
B.圆
C.直线
D.线段
(2)方程eq \f(x2,16)+eq \f(y2,25)=1表示的曲线是( )
A.到定点(-4,0)和(4,0)的距离之和等于5的点的轨迹
B.到定点(0,-4)和(0,4)的距离之和等于10的点的轨迹
C.到定点(0,-3)和(0,3)的距离之和等于5的点的轨迹
D.到定点(0,-3)和(0,3)的距离之和等于10的点的轨迹
[思路点拨] 根据椭圆的定义求解.
解析: (1)∵|F1F2|=8,
∴|PF1|+|PF2|=|F1F2|,
∴点P的轨迹是线段F1F2,故选D.
(2)由方程可知,它表示焦点在y轴上的椭圆,且a=5,b=4,所以c=3,所以方程表示的椭圆的焦点为F1(0,-3),F2(0,3),到定点F1和F2的距离之和为2a=10,因此选D.
答案: (1)D (2)D
eq \a\vs4\al(方法技巧)
平面内动点M到两定点F1,F2的距离的和为常数,即|MF1|+|MF2|=2a,
当2a>|F1F2|时,动点M的轨迹是椭圆;
当2a=|F1F2|时,动点M的轨迹是一条线段F1F2;
当2a<|F1F2|时,动点M的轨迹不存在.
即时练1.(1)设F1、F2为定点,|F1F2|=6,动点M满足|MF1|+|MF2|=6,则动点M的轨迹是( )
A.椭圆
B.直线
C.圆
D.线段
(2)平面内有两定点A,B及动点P,设命题甲“|PA|+|PB|是定值”,命题乙“点P的轨迹是以A,B为焦点的椭圆”,那么甲是乙的( )
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
解析: (1)∵|MF1|+|MF2|=6,|F1F2|=6,
∴|MF1|+|MF2|=|F1F2|,
∴点M的轨迹是线段F1F2.
(2)当动点的轨迹为椭圆时,根据椭圆的定义可得,平面内一动点到两定点的距离之和为一定值;但当平面内一动点到两定点的距离之和为一定值时,动点轨迹的情况有三种.所以“|PA|+|PB|是定值”是“点P的轨迹是以A,B为焦点的椭圆”的必要不充分条件.
答案: (1)D (2)B
题型二 对椭圆标准方程的理解
(1)椭圆eq \f(x2,25)+eq \f(y2,9)=1上一点P到一个焦点的距离为5,则点P到另一个焦点的距离为( )
A.5
B.6
C.4
D.10
(2)若方程eq \f(x2,16-m)+eq \f(y2,m+9)=1表示焦点在y轴上的椭圆,则实数m的取值范围是( )
A.-9<m<16
B.-9<m<eq \f(7,2)
C.eq \f(7,2)<m<16
D.m>eq \f(7,2)
[思路点拨] (1)根据椭圆的定义,椭圆上任意一点M到两焦点的距离之和必为2a来求解.
(2)方程表示焦点在y轴上的椭圆,表明方程中y2下面对应的分母大于x2下面对应的分母,由此可建立关于m的不等式组,求得实数m的取值范围.
解析: (1)由于点P到椭圆的两个焦点的距离之和为2a=10,故点P到另一个焦点的距离为10-5=5.
(2)依题意,可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(16-m>0,,m+9>0,,m+9>16-m,))解得eq \f(7,2)<m<16.
答案: (1)A (2)C
eq \a\vs4\al(方法技巧)
方程eq \f(x2,m)+eq \f(y2,n)=1表示椭圆的条件是eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m>0,,n>0,,m≠n;))
表示焦点在x轴上的椭圆的条件是eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m>0,,n>0,,m>n;))
表示焦点在y轴上的椭圆的条件是eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m>0,,n>0,,m<n.))
即时练2.(1)方程eq \f(x2,m)+eq \f(y2,2m-1)=1为椭圆方程的一个充分不必要条件是( )
A.m>eq \f(1,2)
B.m>eq \f(1,2)且m≠1
C.m>1
D.m>0
(2)已知椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,2)=1的一个焦点为(2,0),则椭圆的方程是_________.
解析: (1)方程eq \f(x2,m)+eq \f(y2,2m-1)=1表示椭圆的充要条件是eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m>0,,2m-1>0,,m≠2m-1,))即m>eq \f(1,2)且m≠1,所以方程eq \f(x2,m)+eq \f(y2,2m-1)=1为椭圆方程的一个充分不必要条件是m>1,故选C.
(2)由题意知a2-2=4,所以a2=6.
所以所求椭圆的方程为eq \f(x2,6)+eq \f(y2,2)=1.
答案: (1)C (2)eq \f(x2,6)+eq \f(y2,2)=1
题型三 求椭圆的标准方程
求适合下列条件的椭圆的标准方程.
(1)椭圆的两个焦点坐标分别是(-4,0),(4,0),椭圆上一点P到两焦点距离的和等于10;
(2)椭圆的焦距为6,且a-b=1;
(3)椭圆过点(3,2),(5,1).
[思路点拨] 确定椭圆的方程包括“定位”和“定量”两个方面.
(1)“定位”是指确定与坐标系的相对位置,在中心为原点的前提下,确定焦点位于哪条坐标轴上,以判断方程的形式;
(2)“定量”是指确定a2,b2的具体数值,常根据条件列方程求解.
解析: (1)椭圆的焦点在x轴上,故设椭圆的标准方程为eq \f(x2,a2) +eq \f(y2,b2) =1(a>b>0).
∵2a=10,c=4,∴b2=a2-c2=52-42=9.
∴椭圆的标准方程为eq \f(x2,25) +eq \f(y2,9) =1.
(2)∵椭圆的焦距为6,
∴c=3,∴a2-b2=c2=9.
又∵a-b=1,∴a=5,b=4.
∴椭圆的标准方程为eq \f(x2,25) +eq \f(y2,16) =1或eq \f(y2,25) +eq \f(x2,16) =1.
(3)由题意可设,椭圆的一般方程为Ax2+By2=1(A>0,B>0,A≠B),
则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(9A+4B=1,,25A+B=1,)) 解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(A=\f(3,91),,B=\f(16,91).))
故所求椭圆的标准方程为eq \f(x2,\f(91,3)) +eq \f(y2,\f(91,16)) =1.
eq \a\vs4\al(方法技巧)
1.用待定系数法求椭圆的标准方程的步骤
2.若椭圆的焦点位置不确定,则可设椭圆的方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n),避免因焦点位置不确定而对方程形式进行分类讨论.若求出的参数值有两组,则适合条件的椭圆的标准方程有两个.
即时练3.求适合下列条件的椭圆的方程.
(1)椭圆的焦点在x轴上,且经过点(2,0)和点(0,1);
(2)焦点坐标为(-3,0),(3,0),并且经过点(5,0).
解析: (1)∵椭圆的焦点在x轴上,
∴设椭圆的标准方程为eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0).
∵椭圆经过点(2,0)和点(0,1),
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(4,a2)=1,,\f(1,b2)=1,))∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a2=4,,b2=1.))
∴椭圆的标准方程为eq \f(x2,4)+y2=1.
题型四 与椭圆有关的轨迹问题
(1)已知△ABC的周长是8,且B(-1,0)、C(1,0),则顶点A的轨迹方程是( )
A.eq \f(x2,9)+eq \f(y2,8)=1(x≠±3)
B.eq \f(x2,9)+eq \f(y2,8)=1(x≠0)
C.eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1(y≠0)
D.eq \f(x2,3)+eq \f(y2,4)=1(y≠0)
(2)如图,在圆C:(x+1)2+y2=25内有一点A(1,0).Q为圆C上一点,AQ的垂直平分线与C,Q的连线交于点M,求点M的轨迹方程.
[思路点拨]
(1)eq \x(\a\al(由已知,得,2c=BC))→eq \x(\a\al(由周长,BC,求得,2a=AB+AC))
eq \o(――→,\s\up7(比较),\s\do5(2a,2c大小))
eq \x(\a\al(由b2=a2-c2,求得b2))→eq \x(写出方程)
(2)eq \x(\a\al(观察,图形))→eq \x(\a\al(点M到线段AQ,两端的距离相等))→eq \x(\a\al(由椭圆定义知,轨迹为椭圆))→eq \x(\a\al(求标准,方程))
解析: (1)∵|AB|+|AC|=8-|BC|=6>|BC|=2,
∴顶点A的轨迹是以B、C为焦点的椭圆,
设其方程为eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0),
则a=3,b=eq \r(a2-c2)=eq \r(9-1)=2eq \r(2).
又∵A、B、C三点不共线,
∴顶点A的轨迹方程为eq \f(x2,9)+eq \f(y2,8)=1(x≠±3).
(2)由题意知点M在线段CQ上,
从而有|CQ|=|MQ|+|MC|.
又点M在AQ的垂直平分线上,
则|MA|=|MQ|,∴|MA|+|MC|=|CQ|=5.
∵A(1,0),C(-1,0),
答案: (1)A
∴点M的轨迹是以(1,0),(-1,0)为焦点的椭圆,且2a=5,
故a=eq \f(5,2),c=1,b2=a2-c2=eq \f(25,4)-1=eq \f(21,4).
故点M的轨迹方程为eq \f(x2,\f(25,4))+eq \f(y2,\f(21,4))=1.
eq \a\vs4\al(方法技巧)
解决与椭圆有关的轨迹问题的两种方法
(1)定义法.
用定义法求椭圆方程的思路是:先观察、分析已知条件,看所求动点轨迹是否符合椭圆的定义,若符合椭圆的定义,则用待定系数法求解即可.
(2)相关点法(代入法).
有些问题中的动点轨迹是由另一动点按照某种规律运动而形成的,只要把所求动点的坐标“转移”到另一个动点在运动中所遵循的条件中去,即可解决问题,这种方法称为相关点法.
即时练4.在Rt△ABC中,∠CAB=90°,|AB|=2,|AC|=eq \f(3,2) ,曲线E过C点,动点P在曲线E上运动,且|PA|+|PB|是定值.建立适当的平面直角坐标系,并求出曲线E的方程.
解析: 以AB的中点O为原点,建立如图所示的平面直角坐标系.
由题意可知,曲线E是以A,B为焦点,且过点C的椭圆,设其方程为eq \f(x2,a2) +eq \f(y2,b2) =1(a>b>0),则2a=|AC|+|BC|=eq \f(3,2) +eq \r(22+(\f(3,2))2)=4,2c=|AB|=2,所以a=2,c=1,所以b2=a2-c2=3.
所以曲线E的方程为eq \f(x2,4) +eq \f(y2,3) =1.
题型五 椭圆的焦点三角形问题
设P是椭圆eq \f(x2,25)+eq \f(y2,\f(75,4))=1上一点,F1,F2是椭圆的焦点,若∠F1PF2=60°,求△F1PF2的面积.
[思路点拨] 要求S△F1PF2=eq \f(1,2)|PF1|·|PF2|·sin∠F1PF2,只需求出|PF1|·|PF2|的值,在△F1PF2中,用余弦公式求出|F1F2|,结合|PF1|+|PF2|=2a=10,即可求出此值,从而求得S△F1PF2.
解析: (1)由椭圆方程知,a2=25,b2=eq \f(75,4),
所以c2=a2-b2=eq \f(25,4),所以c=eq \f(5,2),2c=5.
在△PF1F2中,
|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|·cos 60°,
即25=|PF1|2+|PF2|2-|PF1|·|PF2|
=(|PF1|+|PF2|)2-3|PF1|·|PF2|
=100-3|PF1|·|PF2|,
得3|PF1|·|PF2|=75,
所以|PF1|·|PF2|=25,
所以S△F1PF2=eq \f(1,2)|PF1|·|PF2|·sin 60°=eq \f(25\r(3),4).
eq \a\vs4\al(方法技巧)
在解椭圆中焦点三角形的有关问题时,可结合由椭圆的定义|PF1|+|PF2|=2a及三角形中的有关定理和公式(如正弦定理、余弦定理、三角形面积公式等)来求解.
即时练5.(1)如图,已知椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,2)=1的左、右焦点分别为F1,F2,点P在椭圆上,若|PF1|=4,∠F1PF2=120°,则实数a的值为( )
A.2
B.3
C.4
D.5
(2)已知椭圆eq \f(x2,4)+eq \f(y2,2)=1的左、右焦点分别为F1,F2,点P在椭圆上,且|PF1|=3,则△PF1F2的面积为( )
A.eq \f(\r(2),2)
B.eq \r(2)
C.eq \f(\r(3),2)
D.eq \r(3)
解析: (1)由题意,可知b=eq \r(2),c= eq \r(a2-2),|PF1|=4,
则|PF2|=2a-4.又|F1F2|=2c=2eq \r(a2-2),
在△F1PF2中,由余弦定理,得
cos ∠F1PF2=eq \f(|PF1|2+|PF2|2-|F1F2|2,2|PF1|·|PF2|),
即-eq \f(1,2)=eq \f(16+(2a-4)2-4(a2-2),2×4×(2a-4)),
解得a=3.故选B.
(2)因为|PF1|=3,|PF1|+|PF2|=2a=4,
所以|PF2|=4-3=1.
因为c=eq \r(a2-b2)=eq \r(2),所以|F1F2|=2c=2eq \r(2).
在△PF1F2中,|PF1|2=|F1F2|2+|PF2|2,
所以△PF1F2是以PF1为斜边的直角三角形,
则S△PF1F2=eq \f(1,2)×|PF2|×|F1F2|=eq \f(1,2)×1×2eq \r(2)=eq \r(2),故选B.
答案: (1)B (2)B
易错点1 忽略定义中的限制条件致错
已知F1,F2为两定点,|F1F2|=4,动点M满足|MF1|+|MF2|=4,则动点M的轨迹是( )
A.椭圆
B.直线
C.圆
D.线段
[正解] 虽然动点M到两个定点F1,F2的距离为常数4,但由于这个常数等于|F1F2|,故动点M的轨迹是线段F1F2.
答案: D
[易错探因] 本题易忽略椭圆定义中2a>|F1F2|的限制条件而错选A.
[误区警示] 用椭圆的定义求轨迹方程时容易忽略“常数大于|F1F2|”这一条件而致误,因此在做此类题目时,如果看到动点到两定点的距离之和是常数,那么要先判断常数与两定点间的距离的大小关系再求解.
易错点2 忽略椭圆标准方程的限制条件
若方程eq \f(x2,7-k)+eq \f(y2,k-5)=1表示椭圆,求实数k的取值范围.
[正解] 由题意可知eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(7-k>0,,k-5>0,,7-k≠k-5,))解得5<k<7且k≠6,所以实数k的取值范围是(5,6)∪(6,7).
[易错探因] 本题易因忽略椭圆的标准方程中的限制条件a>b>0,而得到错误答案(5,7).事实上,当a=b>0时,方程表示的是圆,而不是椭圆.
[误区警示] 方程mx2+ny2=1(m,n为常数)不一定表示椭圆,只有在m>0,n>0且m≠n时才表示椭圆.
易错点3 忽略椭圆焦点位置的讨论致错
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_________.
[正解] ∵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).
答案: 4或eq \r(34)
[易错探因] 本题易错之处是想当然地认为焦点在x轴上,从而漏掉一解.
[误区警示] 涉及椭圆的标准方程的问题,如果没有明确指出椭圆焦点的位置,一般都要分两种可能的情况进行讨论,不能想当然地认为焦点在x轴上或y轴上去求解.
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