3.1.1 椭圆的标准方程(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中数学选择性必修第一册(苏教版)

2025-09-22
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学苏教版选择性必修 第一册
年级 高二
章节 3.1.1 椭圆的标准方程
类型 教案-讲义
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 DOCX
文件大小 507 KB
发布时间 2025-09-22
更新时间 2025-09-22
作者 高智传媒科技中心
品牌系列 学霸笔记·高中同步精讲
审核时间 2025-09-22
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来源 学科网

内容正文:

3.1 椭圆 3.1.1 椭圆的标准方程 学习任务 核心素养 1.理解椭圆的定义及椭圆的标准方程.(重点) 2.掌握用定义法和待定系数法求椭圆的标准方程.(重点) 3.理解椭圆标准方程的推导过程,并能运用标准方程解决相关问题.(难点) 1.通过对椭圆标准方程及椭圆焦点三角形的有关问题的学习,培养数学运算的核心素养. 2.借助对轨迹方程的学习,培养逻辑推理及直观想象的核心素养. 取一条定长的细绳,把它的两端都固定在图板的同一点,套上铅笔,拉紧绳子,移动笔尖,这时笔尖(动点)画出的轨迹是一个圆.如果把细绳的两端拉开一段距离,分别固定在图板中的两点F1,F2(如图),套上铅笔,拉紧绳子,移动笔尖,画出的轨迹是什么曲线? 在这一过程中,移动的笔尖(动点)满足的几何条件是什么? 知识点1 椭圆的定义 平面内到两个定点F1,F2的距离之和等于常数(大于F1F2)的点的轨迹叫作椭圆,两个定点F1,F2叫作椭圆的焦点,两个焦点间的距离叫作椭圆的焦距. (1)椭圆定义中将“大于|F1F2|”改为“等于|F1F2|”的常数,其他条件不变,点的轨迹是什么? (2)椭圆定义中将“大于|F1F2|”改为“小于|F1F2|”的常数,其他条件不变,动点的轨迹是什么? [提示] (1)点的轨迹是线段F1F2. (2)当距离之和小于|F1F2|时,动点的轨迹不存在. 知识点2 椭圆的标准方程 焦点在x轴上 焦点在y轴上 标准方程 =1(a>b>0) 焦点 (-c,0)与(c,0) 与 a,b,c的关系 b2=a2-c2 1.椭圆的两个焦点坐标分别为F1(0,-8),F2(0,8),且椭圆上一点到两个焦点的距离之和为20,则此椭圆的标准方程为(  ) A.=1 B.=1 C.=1 D.=1 C [由条件知,焦点在y轴上,且a=10,c=8,所以b2=a2-c2=36,所以椭圆的标准方程为=1.] 2.方程=1表示焦点在x轴上的椭圆,则实数a的取值范围是________. (-6,-2)∪(3,+∞) [由a2>a+6>0,得a>3或-6<a<-2.] 类型1 求椭圆的标准方程 【例1】 【链接教材P83例1、例2】 求满足下列条件的椭圆的标准方程: (1)两个焦点的坐标分别为F1(-4,0),F2(4,0),并且椭圆上一点P与两焦点的距离的和等于10; (2)焦点坐标分别为(0,-2),(0,2),经过点(4,3); (3)经过两点(2,-),. [解] (1)因为椭圆的焦点在x轴上,且c=4,2a=10,所以a=5,b===3,所以椭圆的标准方程为=1. (2)因为椭圆的焦点在y轴上,所以可设它的标准方程为=1(a>b>0). 法一:由椭圆的定义知2a==12,解得a=6.又c=2,所以b==4. 所以椭圆的标准方程为=1. 法二:因为所求椭圆过点(4,3),所以=1. 又c2=a2-b2=4,可解得a2=36,b2=32. 所以椭圆的标准方程为=1. (3)法一:若焦点在x轴上,设椭圆的标准方程为=1(a>b>0).由已知条件得解得 所以所求椭圆的标准方程为=1. 若焦点在y轴上,设椭圆的标准方程为=1(a>b>0). 由已知条件得解得 则a2<b2,与a>b>0矛盾,舍去. 综上可知,所求椭圆的标准方程为=1. 法二:设椭圆的一般方程为Ax2+By2=1(A>0,B>0,A≠B).分别将两点的坐标(2,-),代入椭圆的一般方程,得 解得 所以所求椭圆的标准方程为=1. 【教材原题·P83例1、例2】 例1 已知椭圆的两个焦点分别是F1(-3,0),F2(3,0),椭圆上一点P到两个焦点的距离之和为10,求椭圆的标准方程. [解] 因为椭圆的焦点在x轴上,所以设椭圆的标准方程为=1(a>b>0). 由已知得2a=10,即a=5. 又因为椭圆的两个焦点为F1(-3,0),F2(3,0),所以c=3,从而b2=a2-c2=52-32=16. 因此,所求椭圆的标准方程为=1. 例2 已知椭圆的两个焦点坐标分别是(-2,0),(2,0),且该椭圆经过点(2,-2),求椭圆的标准方程. 解法1:因为椭圆的焦点在x轴上,所以设椭圆的标准方程为=1(a>b>0). 因为椭圆的两个焦点坐标分别是(-2,0),(2,0),且点(2,-2)在椭圆上,所以由椭圆的定义知2a=+=8, 所以a=4. 又因为c=2,所以b2=a2-c2=16-8=8. 因此,所求椭圆的标准方程为=1. 解法2:因为椭圆的焦点在x轴上,所以设椭圆的标准方程为=1(a>b>0). 因为椭圆的两个焦点坐标分别是(-2,0),(2,0),所以c=2, 从而a2-b2=c2=8. ① 又因为点(2,-2)在椭圆上, 所以=1. ② 由①②解得a2=16,b2=8. 因此,所求椭圆的标准方程为=1.  用待定系数法求椭圆的标准方程的一般步骤 (1)定位置:根据条件判断椭圆的焦点是在x轴上,还是在y轴上,还是两个坐标轴上都有可能. (2)设方程:根据上述判断设方程=1(a>b>0)或=1(a>b>0)或整式形式mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n). (3)找关系:根据已知条件建立关于a,b,c(或m,n)的方程组. (4)得方程:解方程组,将解代入所设方程,写出标准形式即为所求. [跟进训练] 1.求与椭圆=1有相同焦点,且过点(3,)的椭圆的标准方程. [解] 法一:因为所求椭圆与椭圆=1的焦点相同,所以其焦点在x轴上,且c2=25-9=16. 设所求椭圆的标准方程为=1(a>b>0). 因为c2=16,且c2=a2-b2,故a2-b2=16. ① 又点(3,)在所求椭圆上,所以=1, 即=1.② 由①②得a2=36,b2=20,所以所求椭圆的标准方程为=1. 法二:由题意可设所求椭圆的标准方程为=1. 又椭圆过点(3,),将x=3,y=代入方程得=1,解得λ=11或λ=-21(舍去). 故所求椭圆的标准方程为=1. 类型2 椭圆中的焦点三角形 【例2】 (1)已知椭圆=1的左焦点是F1,右焦点是F2,点P在椭圆上.如果线段PF1的中点在y轴上,那么|PF1|∶|PF2|=(  ) A.3∶5  B.3∶4  C.5∶3  D.4∶3 (2)已知在椭圆=1中,点P是椭圆上一点,F1,F2是椭圆的焦点,且∠PF1F2=120°,则△PF1F2的面积为________. (1)C (2)  [(1)依题意知,线段PF1的中点在y轴上,又原点为F1F2的中点,易得y轴∥PF2,所以PF2⊥x轴,则有|PF1|2-|PF2|2=4c2=16,又根据椭圆定义知|PF1|+|PF2|=8, 所以|PF1|-|PF2|=2, 从而|PF1|=5,|PF2|=3, 即|PF1|∶|PF2|=5∶3. (2)由=1, 可知a=2,b=, 所以c==1, 从而|F1F2|=2c=2. 在△PF1F2中,由余弦定理得|PF2|2=-2|PF1| |F1F2|cos ∠PF1F2, 即|PF2|2=|. ① 由椭圆定义得|PF1|+|PF2|=2a=4. ② 由①②联立可得|PF1|=. 所以=|PF1||F1F2|sin ∠PF1F2=×2×=.] [母题探究] 1.(变条件)本例(2)中,把“∠PF1F2=120°”改为“∠PF1F2=90°”,求△PF1F2的面积. [解] 由椭圆方程=1,知a=2,c=1,由椭圆定义,得|PF1|+|PF2|=2a=4,且|F1F2|=2,在△PF1F2中,∠PF1F2=90°. ∴|PF2|2=|PF1|2+|F1F2|2, 从而(4-|PF1|)2=|PF1|2+4,则|PF1|=, 因此=·|F1F2|·|PF1|=. 故所求△PF1F2的面积为. 2.(变条件、变结论)本例(2)中方程改为=1(a>b>0),且把“∠PF1F2=120°”改为“∠F1PF2=120°”.若△PF1F2的面积为,求b的值. [解] 由∠F1PF2=120°,△PF1F2的面积为,可得|PF1||PF2|·sin ∠F1PF2=|PF1|·|PF2|=,∴|PF1|·|PF2|=4.根据椭圆的定义可得|PF1|+|PF2|=2a.再利用余弦定理可得4c2=+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos 120°=(|PF1|+|PF2|)2-|PF1|·|PF2|=4a2-4, ∴b2=1,即b=1.  椭圆定义在焦点三角形中的应用技巧 (1)椭圆的定义具有双向作用,即若|MF1|+|MF2|=2a(2a>|F1F2|),则点M的轨迹是椭圆;反之,椭圆上任意一点M到两焦点的距离之和必为2a. (2)涉及焦点三角形面积时,可把|PF1|,|PF2|看作一个整体,运用|PF1|2+|PF2|2=-2|PF1|·|PF2|及余弦定理求出|PF1|·|PF2|,而无须单独求解. 类型3 与椭圆有关的轨迹问题 【例3】 (1)已知P是椭圆=1上一动点,O为坐标原点,则线段OP中点Q的轨迹方程为______________. (2)如图所示,圆C:(x+1)2+y2=25及点A(1,0),Q为圆上一点,AQ的垂直平分线交CQ于点M,求点M的轨迹方程. (1)x2+=1 [设Q(x,y),P(x0,y0),由点Q是线段OP的中点知x0=2x,y0=2y,又=1, 所以=1,即x2+=1.] (2)[解] 由垂直平分线的性质可知|MQ|=|MA|, ∴|CM|+|MA|=|CM|+|MQ|=|CQ|, ∴|CM|+|MA|=5. ∴点M的轨迹为椭圆,其中2a=5,焦点为C(-1,0),A(1,0),∴a=,c=1,∴b2=a2-c2=-1=. ∴所求点M的轨迹方程为=1, 即=1.  1.求与椭圆有关的轨迹方程的常用方法:直接法、定义法和代入法,本例(1)所用方法为代入法,例(2)所用方法为定义法. 2.对定义法求轨迹方程的认识 如果能确定动点运动的轨迹满足某种已知曲线的定义,则可以利用这种已知曲线的定义直接写出其方程,这种求轨迹方程的方法称为定义法.定义法在我们后续要学习的圆锥曲线的问题中被广泛运用,是一种重要的解题方法. 3.代入法(相关点法) 若所求轨迹上的动点P(x,y)与另一个已知曲线C:F(x,y)=0上的动点Q(x1,y1)存在着某种联系,可以把点Q的坐标用点P的坐标表示出来,然后代入已知曲线C的方程 F(x,y)=0,化简即得所求轨迹方程,这种求轨迹方程的方法叫作代入法(又称相关点法). [跟进训练] 2.已知x轴上一定点A(1,0),Q为椭圆+y2=1上任一点,求线段AQ中点M的轨迹方程. [解] 设中点M的坐标为(x,y),点Q的坐标为(x0,y0). 利用中点坐标公式, 得∴ ∵Q(x0,y0)在椭圆+y2=1上, =1. 将x0=2x-1,y0=2y代入上式, 得+(2y)2=1. 故所求AQ的中点M的轨迹方程是+4y2=1. 1.椭圆+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 [根据椭圆的定义知,P到另一个焦点的距离为2a-2=2×5-2=8.] 2.已知椭圆4x2+ky2=4的一个焦点坐标是(0,1),则实数k的值是(  ) A.1 B.2 C.3 D.4 B [椭圆方程可化为x2+=1,由题意知解得k=2.] 3.若方程=1表示椭圆,则实数m满足的条件是________.  [由方程=1表示椭圆,得解得m>且m≠1.] 4.椭圆的两焦点为F1(-4,0),F2(4,0),点P在椭圆上,若△PF1F2的面积最大为12,则椭圆的标准方程为________. =1 [如图,当P在y轴上时△PF1F2的面积最大, ∴×8b=12,∴b=3. 又∵c=4, ∴a2=b2+c2=25. ∴椭圆的标准方程为=1.] 5.设F1,F2分别是椭圆C:=1(a>b>0)的左、右焦点,设椭圆C上一点到两焦点F1,F2的距离和等于4,写出椭圆C的方程和焦点坐标. [解] ∵椭圆上一点到两焦点的距离之和为4, ∴2a=4,a2=4, ∵点是椭圆上的一点, ∴=1, ∴b2=3,∴c2=1, ∴椭圆C的方程为=1. 焦点坐标分别为(-1,0),(1,0). 回顾本节知识,自我完成以下问题: 1.椭圆的标准方程是什么? [提示] 焦点在x轴上:=1(a>b>0), 焦点在y轴上:=1(a>b>0). 2.方程=1一定表示椭圆吗? [提示] 对于方程=1,当m>n>0时,方程表示焦点在x轴上的椭圆; 当n>m>0时,方程表示焦点在y轴上的椭圆. 特别地,当n=m>0时,方程表示圆心在原点的圆.若已知方程不是标准方程,需先进行转化. 3.求与椭圆有关的轨迹方程的方法一般有哪些方法? [提示] 定义法、直接法和代入法(相关点法). 倾斜的试管液面轮廓一定是椭圆 在化学课上,你一定有注意到,当装有液体的试管稍微倾斜一点时,液面的轮廓是椭圆形的.你知道怎样利用有关的数学知识证明这一点吗? 如图所示,假设平面α与圆柱相交,而且平面α不与圆柱的轴垂直,我们需要证明的是:平面α与圆柱表面的交线C是一个椭圆. 取半径与圆柱底面半径相同的两个球,从平面α的两侧放入圆柱内(这两个球称为圆柱面的两个内切球),并使得两个球都与平面α相切,切点分别为F1,F2. 设P为交线C上任意一点,过P作圆柱的母线,分别与两个球相切于A,B.可以看出,PF1与PA是同一个球的两条切线,PF2与PB也是同一个球的两条切线,因此 |PF1|=|PA|,|PF2|=|PB|,从而 |PF1|+|PF2|=|PA|+|PB|=|AB|, 又因为AB的值是不变的,因此P到F1与F2的距离之和是一个常数,且|AB|>|F1F2|,这就证明了C是一个椭圆. 课时分层作业(十三) 椭圆的标准方程 一、选择题 1.“a>0,b>0”是“方程ax2+by2=1表示椭圆”的(  ) A.充要条件 B.充分非必要条件  C.必要非充分条件 D.既不充分也不必要条件 C [a>0,b>0时,方程ax2+by2=1不一定表示椭圆,如a=b=1; 反之,若方程ax2+by2=1表示椭圆,则a>0,b>0. ∴“a>0,b>0”是“方程ax2+by2=1表示椭圆”的必要非充分条件.] 2.已知椭圆=1的一个焦点为F(-,0),则这个椭圆的方程是(  ) A.=1 B.=1 C.=1 D.=1 C [∵椭圆=1的一个焦点为F(-,0), ∴b2=2,c=,∴a2=b2+c2=3+2=5, ∴椭圆方程为=1.] 3.已知P为椭圆C上一点,F1,F2为椭圆的焦点,且|F1F2|=2,若|PF1|=2|F1F2|-|PF2|,则椭圆C的标准方程为(  ) A.=1 B.=1或=1 C.=1 D.=1或=1 B [∵2c=|F1F2|=2,∴c=. ∵2a=|PF1|+|PF2|=2|F1F2|=4, ∴a=2. ∴b2=a2-c2=9. 故椭圆C的标准方程是=1或=1.] 4.设F1,F2是椭圆=1的两个焦点,P是椭圆上的点,且|PF1|∶|PF2|=2∶1,则△F1PF2的面积等于(  ) A.5 B.4 C.3 D.1 B [由椭圆方程,得a=3,b=2,c=,∴|PF1|+|PF2|=2a=6,又|PF1|∶|PF2|=2∶1,∴|PF1|=4,|PF2|=2,由22+42=(2)2,可知△F1PF2是直角三角形,故△F1PF2的面积为|PF1|·|PF2|=×4×2=4,故选B.] 5.已知P为椭圆=1上的一点,M,N分别为圆(x+3)2+y2=1和圆(x-3)2+y2=4上的点,则|PM|+|PN|的最小值为(  ) A.5 B.7 C.13 D.15 B [由题意知椭圆的两个焦点F1,F2分别是两圆的圆心,且|PF1|+|PF2|=10,从而|PM|+|PN|的最小值为|PF1|+|PF2|-1-2=7.] 二、填空题 6.已知椭圆中心在坐标原点,焦点在x轴上,椭圆与x轴的一个交点到两焦点的距离分别为3和1,则椭圆的标准方程为____________. =1 [由题意知解得则b2=a2-c2=3,故椭圆的标准方程为=1.] 7.在平面直角坐标系xOy中,已知△ABC的顶点A(-4,0),B(4,0),点C在椭圆=1上,则=________.  [由题意知|AB|=8,|AC|+|BC|=10,所以===.] 8.已知P是椭圆=1上的一点,F1,F2是椭圆的两个焦点,且∠F1PF2=30°,则△F1PF2的面积是________. 8-4 [由椭圆的标准方程,知a=,b=2, ∴c==1,∴|F1F2|=2. 又由椭圆的定义,知 |PF1|+|PF2|=2a=2. 在△F1PF2中,由余弦定理得|F1F2|2=-2|PF1|·|PF2|·cos ∠F1PF2, 即4=(|PF1|+|PF2|)2-2|PF1|·|PF2|-2|PF1|·|PF2|cos 30°, 即4=20-(2+)|PF1|·|PF2|, ∴|PF1|·|PF2|=16(2-). =|PF1|·|PF2|sin ∠F1PF2=×16(2-)×=8-4.] 三、解答题 9.(源自北师大版教材)已知椭圆的两个焦点分别为F1(0,-2),F2(0,2),并且经过点P,求椭圆的标准方程. [解] 法一:因为椭圆的焦点在y轴上,所以可设它的标准方程为=1(a>b>0). 根据椭圆的定义知 2a= = =2, 从而a=. 又c=2,所以b2=a2-c2=10-4=6. 所以椭圆的标准方程为=1. 法二:因为椭圆的焦点在y轴上,所以可设它的标准方程为=1(a>b>0). 因为点P在椭圆上,又c=2,所以 解得b2=6或b2=-(舍), 则a2=10. 所以椭圆的标准方程为=1. 10.已知圆M:(x+1)2+y2=1,圆N:(x-1)2+y2=9,动圆P与圆M外切并且与圆N内切,圆心P的轨迹为曲线C.求C的方程. [解] 由已知得圆M的圆心为M(-1,0),半径r1=1;圆N的圆心为N(1,0),半径r2=3. 设圆P的圆心为P(x,y),半径为R.因为圆P与圆M外切并且与圆N内切,所以|PM|+|PN|=(R+r1)+(r2-R)=r1+r2=4>2. 由椭圆的定义可知,曲线C是以M,N为左、右焦点的椭圆(左顶点除外),则a=2,c=1,故b2=a2-c2=4-1=3,故所求C的方程为=1(x≠-2). 11.(多选题)下列说法中错误的是(  ) A.已知F1(-4,0),F2(4,0),平面内到F1,F2两点的距离之和等于8的点的轨迹是椭圆 B.已知F1(-4,0),F2(4,0),平面内到F1,F2两点的距离之和等于6的点的轨迹是椭圆 C.平面内到F1(-4,0),F2(4,0)两点的距离之和等于点M(5,3)到F1,F2的距离之和的点的轨迹是椭圆 D.平面内到点F1(-4,0),F2(4,0)距离相等的点的轨迹是椭圆 ABD [A中,|F1F2|=8,则平面内到F1,F2两点的距离之和等于8的点的轨迹是线段,所以A错误;B中,到F1,F2两点的距离之和等于6,小于|F1F2|,这样的轨迹不存在,所以B错误;C中,点M(5,3)到F1,F2两点的距离之和为=4>|F1F2|=8,则其轨迹是椭圆,所以C正确;D中,轨迹应是线段F1F2的垂直平分线,所以D错误.故选ABD.] 12.若α∈0,,方程x2sin α+y2cos α=1表示焦点在y轴上的椭圆,则α的取值范围是(  ) A. B.0, C.0, D. A [易知sin α≠0,cos α≠0,方程x2sin α+y2cos α=1可化为=1.因为椭圆的焦点在y轴上,所以>>0,即sin α>cos α>0. 又α∈0,, 所以<α<.] 13.已知椭圆=1的左、右焦点分别为F1,F2,点P在椭圆上,若|PF1|=4,则∠F1PF2=______.若∠F1PF2=90°,则△F1PF2的面积是______. 120° 2 [由题得a2=9,b2=2,∴a=3,c2=a2-b2=9-2=7,∴c=, ∴|F1F2|=2. ∵|PF1|=4,∴|PF2|=2a-|PF1|=2. ∴cos ∠F1PF2= ==-,又0<∠F1PF2<180°, ∴∠F1PF2=120°. 又|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2=(2)2=28, 配方得(|PF1|+|PF2|)2-2|PF1||PF2|=28, ∴36-2|PF1||PF2|=28,即|PF1||PF2|=4, =|PF1||PF2|=2.] 14.如图,已知椭圆C的中心为原点O,F(-2,0)为椭圆C的左焦点,P为椭圆C上一点,满足|OP|=|OF|且|PF|=4,则椭圆C的标准方程为________. =1 [由题可知,c=2, 过点P作PM垂直x轴于M(图略),设|OM|=t,则|FM|=2-t, 由勾股定理知,|PM|2=|OP|2-|OM|2=|PF|2-|FM|2,即(2)2-t2=42-(2-t)2, 解得t=, ∴|PM|==, ∴点P的坐标为, 设椭圆的方程为=1(a>b>0),则=1,化简得=1, 又a2=b2+c2=b2+20,∴a2=36,b2=16, ∴椭圆的标准方程为=1.] 15.已知椭圆=1(a>b>0)的焦点分别是,F2(0,1),且3a2=4b2. (1)求椭圆的标准方程; (2)设点P在这个椭圆上,且|PF1|-|PF2|=1,求∠F1PF2的余弦值. [解] (1)依题意,知c2=1,又c2=a2-b2,且3a2=4b2, 所以a2-a2=1,即a2=1,所以a2=4,b2=3, 故椭圆的标准方程为=1. (2)由于点P在椭圆上,所以|PF1|+|PF2|=2a=2×2=4.又|PF1|-|PF2|=1,所以|PF1|=,|PF2|=.又|F1F2|=2c=2,所以由余弦定理得cos ∠F1PF2==. 故∠F1PF2的余弦值等于. 1 / 16 学科网(北京)股份有限公司 $

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