内容正文:
教材梳理 夯基础
考点突破 强技能
第1课时 椭圆的定义及标准方程
第49讲 椭圆
复习目标
1.了解椭圆的实际背景,感受椭圆在刻画现实世界和解决实际问题中的作用.
2.经历从具体情境中抽象出椭圆的过程,掌握椭圆的定义、标准方程.
3.通过椭圆与方程的学习,进一步体会数形结合思想.
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主干知识
知识点1 椭圆的定义
平面内与两个定点F1,F2的距离的和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做______.
这两个定点叫做椭圆的______,两焦点间的距离叫做椭圆的______.
集合P={M||MF1|+|MF2|=2a},|F1F2|=2c,其中a>0,c>0,且a,c为常数.
(1)若_____,则集合P为椭圆.
(2)若_____,则集合P为线段.
(3)若_____,则集合P为空集.
椭圆
焦点
焦距
a>c
a=c
a<c
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知识点2 椭圆的标准方程和几何性质
标准方程 +=1(a>b>0) +=1(a>b>0)
图形
范围 x∈_______,y∈______ x∈_______,y∈______
对称性 对称轴:________;对称中心:______
[-a,a]
[-b,b]
[-b,b]
[-a,a]
坐标轴
原点
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标准方程 +=1(a>b>0) +=1(a>b>0)
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)
焦距 |F1F2|=___
离心率 e=,且e∈_____
a,b,c
的关系 c2=a2-b2
2c
(0,1)
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常用结论
(1)设P为椭圆上任意一点,O为坐标原点,F1为椭圆的一个焦点,则
①b≤|OP|≤a;
②a-c≤|PF1|≤a+c.
(2)过椭圆焦点垂直于长轴的弦是最短的弦,长为,过焦点最长的弦为长轴.
(3)过原点最长的弦为长轴,最短的弦为短轴.
(4)与椭圆+=1(a>b>0)有共同焦点的椭圆方程为+=1(λ>-b2).
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(5)焦点三角形:椭圆上的点P(x0,y0)与两焦点F1,F2构成的△PF1F2叫做焦点三角形.若r1=|PF1|,r2=|PF2|,∠F1PF2=θ,△PF1F2的面积为S,则在椭圆+=1(a>b>0)中:
①当r1=r2,即点P为短轴端点时,θ最大;
②S=|PF1||PF2|sin θ=c|y0|,当|y0|=b,即点P为短轴端点时,S取得最大值,最大值为bc;
③△PF1F2的周长为2(a+c);
④|PF1||PF2|≤()2=a2;
⑤4c2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos θ.
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基础自测
类型 回源教材 澄清盲点 结论应用
题号 2,3 1 4
1.(易错辨析)正确的画“√”,错误的画“×”.
(1)平面内与两个定点F1,F2的距离之和等于常数的点的轨迹是椭圆.( )
(2)方程mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n)表示的曲线是椭圆.( )
(3)椭圆的离心率e越大,椭圆就越扁.( )
(4)+=1(a>b>0)与+=1(a>b>0)的焦距相同.( )
×
√
√
√
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2.(选择性必修第一册P109练习T3变式)已知椭圆C:+=1的左、右焦点分别为F1,F2,过F1作直线交椭圆C于A,B两点,则△ABF2的周长为( )
A.10 B.15 C.20 D.25
【解析】选C.由题意知椭圆的长轴长为2a=2=10,
由椭圆的定义得|AF1|+|AF2|=2a=10,
|BF1|+|BF2|=2a=10,所以△ABF2的周长是20.
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3.(选择性必修第一册P115习题3.1T6改编)如图,圆O的半径为定长r,A是圆O内一个定点,P是圆O上任意一点,线段AP的垂直平分线l和半径OP相交于点Q,当点P在圆上运动时,点Q的轨迹是( )
A.椭圆 B.双曲线
C.抛物线 D.圆
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【解析】选A.连接QA(图略).
由已知得|QA|=|QP|,
所以|QO|+|QA|=|QO|+|QP|=|OP|=r.
又因为点A在圆内,所以|OA|<|OP|,
根据椭圆的定义知,点Q的轨迹是以O,A为焦点,r为长轴长的椭圆.
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所以∠F1PF2=90°,
由椭圆方程可知,c2=5-1=4⇒c=2,
所以+==42=16,
又|PF1|+|PF2|=2a=2,平方得:++2|PF1||PF2|=16+2|PF1||PF2|=20,所以|PF1|·|PF2|=2.
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考点突破 强技能
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考点一 椭圆定义的应用
【例1】(1)某广场的一个椭球水景雕塑如图所示,其横截面为圆,过横截面圆心的纵截面为椭圆,F1,F2分别为该椭圆的两个焦点,PQ为该椭圆过点F2的一条弦,且△PQF1的周长为3|F1F2|.若该椭球横截面的最大直径为2 m,则该椭球的高为( )
A. m B. m
C. m D. m
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【解析】选B.根据题意,画出该椭球的过横截面圆心的纵截面如图,
根据椭圆的定义△PQF1的周长为|PQ|+|PF1|+|QF1|=4a=3×2c,即2a=3c①,
由该椭球横截面的最大直径为2 m,
可知2b=2 m,得b=1 m,
又因为a2=b2+c2,所以a2=c2+1②,
①②联立可得c=,a=,
所以该椭球的高为2a= m.
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(2)已知两圆C1:(x-4)2+y2=169,C2:(x+4)2+y2=9.动圆M在圆C1内部且和圆C1相内切,和圆C2相外切,则动圆圆心M的轨迹方程是( )
A.-=1 B.+=1
C.-=1 D.+=1
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【解析】选D.设动圆的圆心M(x,y),半径为r,
圆M与圆C1:(x-4)2+y2=169内切,
与C2:(x+4)2+y2=9外切,连接MC1,MC2,
所以|MC1|=13-r,|MC2|=3+r,|MC1|+|MC2|=16>|C1C2|=8,
由椭圆的定义,M的轨迹是以C1,C2为焦点,长轴长为16的椭圆,
则a=8,c=4,所以b2=82-42=48,
动圆的圆心M的轨迹方程为+=1.
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解题技法
椭圆定义的应用范围
(1)确认平面内与两定点有关的轨迹是否为椭圆.
(2)解决与焦点有关的距离问题.
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【训练1】 (1)(2025·衡阳模拟)椭圆+=1(a>)的左、右焦点分别为F1,F2,A为上顶点,若△AF1F2面积为,则△AF1F2的周长为( )
A.8 B.7 C.6 D.5
【解析】选C.设椭圆+=1(a>)的短半轴长为b,半焦距为c,
则b=,△AF1F2的面积S=|F1F2|·b=c,由题知c=,
所以c=1,a==2,由椭圆的定义知|AF1|+|AF2|=2a=4,又|F1F2|=2c=2,
所以△AF1F2的周长为4+2=6.
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(2)设椭圆C:+=1的右焦点为F,过原点O的动直线l与椭圆C交于A,B两点,若|AF|=1,那么|BF|=__________.
【解析】根据题意,直线AB过原点,由椭圆的对称性可知,|OA|=|OB|,如图所示,已知|OF|=|OF'|,所以四边形AFBF'是平行四边形,则|BF|=|AF'|,由椭圆的定义可知,|AF|+|AF'|=2a=4,|AF|=1,所以|BF|=|AF'|=3.
答案:3
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考点二 椭圆的标准方程……题组练通
【例2】求满足下列各条件的椭圆的标准方程.
(1)长轴长是短轴长的3倍且经过点A(3,0);
【解析】若焦点在x轴上,设椭圆方程为+=1(a>b>0).
因为椭圆过点A(3,0),所以=1,所以a=3.因为2a=3×2b,
所以b=1.所以椭圆方程为+y2=1.
若焦点在y轴上,设椭圆方程为+=1(a>b>0).
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因为椭圆过点A(3,0),所以=1,所以b=3.
又2a=3×2b,所以a=9.所以椭圆方程为+=1.
综上所述,椭圆方程为+y2=1或+=1.
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(2)经过点P(-2,1),Q(,-2)两点;
【解析】设椭圆方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n),
因为点P(-2,1),Q(,-2)在椭圆上,
所以解得m=,n=.
故+=1为所求椭圆的方程.
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(3)短轴的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;
【解析】由已知,有解得
从而b2=a2-c2=9.
所以所求椭圆方程为+=1或+=1.
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(4)(一题多法)过点(,-),且与椭圆+=1有相同焦点.
【解析】法一(定义法):椭圆+=1的焦点为(0,-4),(0,4),即c=4.
由椭圆的定义知,
2a=+,解得a=2.
由c2=a2-b2,得b2=4.所以所求椭圆的标准方程为+=1.
法二(待定系数法):设所求椭圆方程为+=1(k<9),将点(,-)的坐标代入可得+=1,解得k=5(k=21舍去),所以所求椭圆的标准方程为+=1.
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解题技法
1.用待定系数法求椭圆标准方程的一般步骤
(1)作判断:根据条件判断焦点的位置.
(2)设方程:焦点不确定时,要注意分类讨论,或设方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n).
(3)找关系:建立关于a,b,c或m,n的方程组.
(4)求解,得方程.
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2.椭圆的标准方程的两个应用
(1)椭圆+=1(a>0,b>0,a≠b)与+=λ(a>0,b>0,a≠b,λ>0)有相同的离心率.
(2)与椭圆+=1(a>b>0)共焦点的椭圆系方程为+=1(a>b>0,k+b2>0),恰当运用椭圆系方程,可使运算更简便.
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【训练2】 (1)(多选题)已知椭圆的长轴长为10,其焦点到中心的距离为4,则这个椭圆的标准方程可以为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
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【解析】选BD.因为椭圆的长轴长为10,其焦点到中心的距离为4,
所以解得a=5,b2=25-16=9.
所以当椭圆的焦点在x轴上时,椭圆方程为+=1;
当椭圆的焦点在y轴上时,椭圆方程为+=1.
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(2)(2025·武汉模拟)已知F1(-1,0),F2(1,0)是椭圆C的两个焦点,过F2且垂直于x轴的直线交C于A,B两点,且AB=3,则椭圆C的标准方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+x2=1 D.+y2=1
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【解析】选B.由对称性知|AF2|=|AB|=,又|F1F2|=2,则|AF1|=
==,所以2a=|AF1|+|AF2|=4,a=2,又c=1,则b==,所以椭圆C的标准方程为+=1.
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【解析】选B.因为离心率e===,解得=,b2=a2,
A1,A2分别为C的左、右顶点,则A1,A2,B为上顶点,所以B(0,b).
所以-a2+b2=-1,将b2=a2代入,
解得a2=9,b2=8,
故椭圆的方程为+=1.
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(4)(一题多法)与椭圆+=1有相同离心率且经过点(2,-)的椭圆的标准方程为________________.
【解析】法一:e==.
若焦点在x轴上,设所求椭圆方程为+=1(m>n>0),则1-()2=,从而()2=,=.又+=1,所以m2=8,n2=6.
所以所求椭圆的方程为+=1.
若焦点在y轴上,设方程为+=1(m>n>0),则+=1,且=,解得m2=,n2=.
故所求椭圆的方程为+=1.
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法二:若焦点在x轴上,设所求椭圆方程为+=t(t>0),将点(2,-)代入,
得t=+=2.
故所求椭圆的方程为+=1.
若焦点在y轴上,设椭圆的方程为+=λ(λ>0),代入点(2,-),得λ=,
所以所求椭圆的方程为+=1.
答案:+=1或+=1
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考点三 椭圆中焦点三角形的应用
【例3】(一题多法)(2023·全国甲卷)已知椭圆+=1,F1,F2为两个焦点,O为原点,P为椭圆上一点,cos∠F1PF2=,则|PO|=( )
A. B. C. D.
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【解析】选B.法一:设∠F1PF2=2θ,0<θ<,
所以=b2tan =b2tan θ,
由cos∠F1PF2=cos 2θ===,解得tan θ=,
由椭圆方程可知,a2=9,b2=6,c2=a2-b2=3,
所以=|F1F2|·|yP|=×2×|yP|=6×,可得=3,
即=9×(1-)=,因此|OP|===.
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法二:因为|PF1|+|PF2|=2a=6①,+-2|PF1||PF2|cos∠F1PF2=,
即+-|PF1||PF2|=12②,联立①②,
解得|PF1||PF2|=,+=21,
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法三:因为|PF1|+|PF2|=2a=6①,+-2|PF1||PF2|cos∠F1PF2=,
即+-|PF1||PF2|=12②,联立①②,解得+=21,
由中线定理可知,
(2|OP|)2+=2(+)=42,易知|F1F2|=2,解得|OP|=.
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【训练3】 已知A(3,0),B(-3,0),P是椭圆+=1上的任意一点,则|PA|·|PB|的最大值为________.
【解析】由已知可得A(3,0),B(-3,0)为椭圆+=1的焦点,根据椭圆定义知|PA|+|PB|=10,
所以|PA|·|PB|≤()2=25,
当且仅当|PA|=|PB|=5时等号成立,
故|PA|·|PB|的最大值为25.
答案:25
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4.(一题多法)设F1,F2为椭圆C:+y2=1的两个焦点,点P在C上,若·=0,则|PF1|·|PF2|=( )
A.1 B.2 C.4 D.5
【解析】选B.法一:因为·=0,
所以∠F1PF2=90°,从而=b2tan 45°=1=×|PF1|·|PF2|,所以|PF1|·|PF2|=2.
法二:因为·=0,
(3)(2022·全国甲卷)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,A1,A2分别为C的左、右顶点,B为C的上顶点.若·=-1,则C的方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+y2=1
所以=(-a,-b),=(a,-b),
因为·=-1,
而=(+),
所以|OP|=||=|+|,
即||=|+|=
==.
$