第八章 第五节 椭圆-【优学精研】2026年高考数学一轮总复习教用word
2026-01-13
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教辅
摘要:
该高中数学高考复习讲义聚焦椭圆专题,覆盖定义、标准方程、几何性质及离心率、最值等核心考点,按“基础概念—性质应用—考向突破”逻辑架构知识体系。通过考点梳理构建知识网络,方法指导提炼解题技巧,真题训练(含2023年全国甲卷等)强化应用,助力学生系统突破解析几何难点。
讲义突出数学思维与数学眼光的培养,如在焦点三角形问题中引导学生观察几何关系,离心率求解中通过方程思想与几何性质推理提升逻辑能力。设置分层练习(基础巩固、能力提升)和一题多解(如定义法与待定系数法求方程),确保高效复习,为学生提升应考能力和教师把控复习节奏提供有力支持。
内容正文:
第五节 椭圆
课标要求
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、标准方程及简单几何性质.
3.通过椭圆的学习,进一步体会数形结合的思想.
4.了解椭圆的简单应用.
1.椭圆的定义
条件
结论1
结论2
平面内的动点M与平面内的两个定点F1,F2
M点的轨迹为椭圆
F1,F2 为椭圆的焦点;
|F1F2| 为椭圆的焦距
|MF1|+|MF2|=2a
2a>|F1F2|
提醒 若2a=|F1F2|,则动点的轨迹是线段F1F2;若2a<|F1F2|,则动点的轨迹不存在.
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
续表
性
质
范围
-a≤x≤a;-b≤y≤b
-b≤x≤b;-a≤y≤a
对称性
对称轴: x轴、y轴 ;
对称中心:(0,0)
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)
轴
长轴A1A2的长为 2a ;
短轴B1B2的长为 2b
焦距
|F1F2|= 2c
离心率
e= ,e∈(0,1)
a,b,c的
关系
a2= b2+c2
1.若点P在椭圆上,F为椭圆的一个焦点,O为椭圆中心,则(1)b≤|OP|≤a;(2)a-c≤|PF|≤a+c.
2.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,如图所示,设∠F1PF2=θ.
(1)|PF1|=|PF2|时,即点P的位置为短轴端点时,θ最大,最大,最大值为bc;
(2)=|PF1||PF2|sin θ=b2tan =c|y0|;
(3)|PF1|·|PF2|≤()2=a2;
(4)焦点三角形的周长为2(a+c).
3.焦点弦(过焦点的弦):焦点弦中通径(垂直于长轴的焦点弦)最短,弦长lmin=.
1.判断正误.(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)椭圆的离心率e越大,椭圆就越圆.( × )
(3)方程mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n)表示的曲线是椭圆.( √ )
(4)+=1(a>b>0)与+=1(a>b>0)的焦距相同.( √ )
2.(人A选一P109练习1题改编)设椭圆+=1上一点P到焦点F1的距离等于6,则点P到另一个焦点F2的距离是( )
A.20 B.14 C.2 D.
解析:B 由椭圆的定义知|PF1|+|PF2|=2a,又椭圆+=1上一点P到焦点F1的距离等于6,即|PF1|=6,且a=10,所以6+|PF2|=20,故|PF2|=14.
3.(人A选一P116习题12题改编)若椭圆C:+=1,则该椭圆上的点到焦点距离的最大值为( )
A.3 B.2+
C.2 D.+1
解析:A 由题意知a=2,b=,所以c=1,则椭圆上的点到焦点距离的最大值为a+c=3.
4.〔多选〕已知椭圆的焦距是8,离心率等于0.8,则( )
A.长轴的长为10
B.短半轴的长为6
C.焦点坐标可以是(0,4)
D.椭圆的标准方程可以是+=1
解析:ACD 由题意知2c=8,即c=4.又e==0.8,所以a=5,2a=10,A正确.因为a2-b2=c2,所以b2=9,b=3,B错误.若椭圆的焦点在x轴上,则椭圆的标准方程为+=1,D正确.若椭圆的焦点在y轴上,则一个焦点坐标是(0,4),椭圆的标准方程为+=1,C正确.
5.已知P是椭圆C:+=1(a>b>0)上一点,F1,F2分别是椭圆C的左、右焦点,若∠PF1F2=60°,∠PF2F1=30°,则椭圆C的离心率为 -1 .
解析:由题意知,∠F1PF2=180°-∠PF1F2-∠PF2F1=90°,所以|PF1|=|F1F2|sin 30°=c,|PF2|=|F1F2|cos 30°=c.由|PF1|+|PF2|=2a得,(+1)c=2a,所以==-1.
椭圆的定义及其应用(师生共研过关)
(1)如图,圆O的半径为定长r,A是圆O内一个定点,P是圆上任意一点,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 )
A.椭圆 B.双曲线 C.抛物线 D.圆
(2)(2023·全国甲卷文7题)设F1,F2为椭圆C:+y2=1的两个焦点,点P在C上,若·=0,则|PF1|·|PF2|=( B )
A.1 B.2 C.4 D.5
解析:(1)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,点Q的轨迹是以O,A为焦点,r为长轴长的椭圆.故选A.
(2)由题意,得a2=5,b2=1,则c2=a2-b2=4.∵·=0,∴PF1⊥PF2,∴|PF1|2+==4c2.∵|PF1|+|PF2|=2a,∴|PF1|·|PF2|===2.故选B.
解题技法
椭圆定义的应用技巧
(1)椭圆定义的应用主要有:判断平面内动点的轨迹是否为椭圆,求焦点三角形的周长、面积及椭圆的弦长、最值等;
(2)与焦点三角形有关的计算或证明常利用正弦定理、余弦定理、|PF1|+|PF2|=2a,得到a,c的关系.
1.已知F1,F2是椭圆+=1的两个焦点,点P是椭圆上一点,3|PF1|=4|PF2|,则=( )
A.24 B.26 C.22 D.24
解析:A 由椭圆方程可得焦点在y轴上,且a=7,b=2,c==5.由椭圆定义可得|PF1|+|PF2|=2a=14.又3|PF1|=4|PF2|,所以|PF1|=8,|PF2|=6,又|F1F2|=2c=10,所以|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2,所以PF1⊥PF2,所以=|PF1||PF2|=×8×6=24.故选A.
2.已知椭圆+=1上的一点P到焦点F1的距离为6,点M是PF1的中点,O为坐标原点,则|OM|=( )
A.2 B.4 C.7 D.14
解析:C 如图所示,设椭圆的另一焦点为F2,因为O,M分别是F1F2和PF1的中点,所以|OM|=|PF2|,由椭圆的方程得a=10,所以2a=20,所以|PF2|=2a-|PF1|=20-6=14,所以|OM|=7,故选C.
椭圆的标准方程(师生共研过关)
(1)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为,过F2的直线与椭圆C交于A,B两点,若△F1AB的周长为8,则椭圆C的方程为( A )
A.+=1 B.+=1
C.+y2=1 D.+=1
(2)已知椭圆的中心在原点,以坐标轴为对称轴,且经过两点P1(,1),P2(-,-),则该椭圆的方程为 +=1 .
解析:(1)如图,由椭圆的定义可知,△F1AB的周长为4a,所以4a=8,a=2,又离心率为,所以c=1,b2=3,所以椭圆C的方程为+=1.
(2)设椭圆的方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0,且m≠n).因为椭圆经过P1,P2两点,所以点P1,P2的坐标满足椭圆方程,则解得所以所求椭圆的方程为+=1.
解题技法
根据条件求椭圆方程的两种方法
(1)定义法:根据椭圆的定义,确定a2,b2的值,结合焦点位置写出椭圆方程;
(2)待定系数法:根据题目所给的条件确定椭圆中的a,b.当不知焦点在哪一个坐标轴上时,一般可设所求椭圆的方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n),不必考虑焦点位置,用待定系数法求出m,n的值即可.
1.一个椭圆的中心在原点,焦点F1,F2在x轴上,P(2,)是椭圆上一点,且|PF1|,|F1F2|,|PF2|成等差数列,则椭圆的方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
解析:A 设椭圆的标准方程为+=1(a>b>0).由点(2,)在椭圆上,可得+=1.∵|PF1|,|F1F2|,|PF2|成等差数列,∴|PF1|+|PF2|=2|F1F2|,即2a=2·2c,=.又∵c2=a2-b2,联立解得a2=8,b2=6.∴椭圆方程为+=1.
2.过点P(3,)且与椭圆+=1有相同焦点的椭圆的标准方程为 +=1 .
解析:设所求椭圆的标准方程为+=1(a>b>0),则a2-b2=9①.又点P(3,)在所求椭圆上,所以+=1,即+=1②.由①②得a2=25,b2=16,故所求椭圆的标准方程为+=1.
椭圆的几何性质(定向精析突破)
考向1 离心率问题
(1)(2023·新高考Ⅰ卷5题)设椭圆C1:+y2=1(a>1),C2:+y2=1的离心率分别为e1,e2,若e2=e1,则a=( A )
A. B.
C. D.
(2)(2025·保定一模)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,P是C上的点,且在第一象限,PA是∠F1PF2的角平分线,过点F2作PA的垂线,垂足为B,若|PF2|=m,|OB|=b-m,则C的离心率为( B )
A. B.
C. D.
解析:(1)法一 由题意知e1=,e2==,因为e2=e1,所以=×,得a=.故选A.
法二 代入验证,若a=,则e1===,又e2=,所以e2=e1,所以a=符合题意,由于是单选题,故选A.
(2)如图,延长F2B交PF1于点E,可知|PF2|=|PE|=m,|EF1|=2a-2m,所以|OB|=a-m=b-m,a=b,所以e===.故选B.
解题技法
求椭圆离心率的方法
(1)直接求出a,c的值,利用离心率公式直接求解;
(2)列出含有a,b,c的齐次方程(不等式),借助于b2=a2-c2消去b,转化为含有e的方程(不等式)求解;
(3)利用公式e=求解.
考向2 与椭圆性质有关的最值(范围)问题
〔多选〕已知椭圆+=1,F1,F2为左、右焦点,B为上顶点,P为椭圆上任一点,则( )
A.的最大值为4
B.|PF1|的取值范围是[4-2,4+2]
C.不存在点P使PF1⊥PF2
D.|PB|的最大值为2
解析:AB 依题意知,a=4,b=2,c=2,当P为短轴顶点时,()max=×2c×b=4,故A正确;由椭圆的性质知|PF1|的取值范围是[a-c,a+c],即[4-2,4+2],故B正确;对于C,sin∠F2BO==,所以∠F2BO=,所以∠F1BF2=,即∠F1PF2的最大值为,最小值为0,所以存在点P使PF1⊥PF2,故C错误;对于D,设P(x0,y0),所以|PB|=,又+=1,所以=16-4,所以|PB|===,又-2≤y0≤2,故当y0=-时,|PB|max==,故D错误.
解题技法
与椭圆性质有关的最值(范围)问题的求解策略
1.(2024·安庆一模)设F是椭圆C:+=1的一个焦点,过椭圆C中心的直线交椭圆于P,Q两点,则△PQF的周长的最小值为( )
A.12 B.14
C.16 D.18
解析:C 由椭圆的对称性可知P,Q两点关于原点对称,设椭圆的另一个焦点为F1,则四边形PFQF1为平行四边形,由椭圆定义可知:|PF|+|PF1|+|QF|+|QF1|=4a=20,又|PF|=|QF1|,|PF1|=|QF|,所以|PF|+|QF|=10,又PQ过原点,所以|PQ|min=2b=6,所以△PQF的周长的最小值为10+6=16.故选C.
2.(2024·青岛一模)已知O为坐标原点,点F为椭圆C:+=1(a>b>0)的右焦点,点A,B在C上,AB的中点为F,OA⊥OB,则C的离心率为 .
解析:F为AB的中点,故AB与x轴垂直,令x=c,则+=1,y=±,又OA⊥OB,可得c=,即a2-ac-c2=0,解得e=.
3.已知F1,F2是椭圆C:+=1(a>b>0)的两个焦点,P为C上的点,O为坐标原点.
(1)若△POF2为等边三角形,求C的离心率;
(2)如果存在点P,使得PF1⊥PF2,且△F1PF2的面积等于16,求b的值和a的取值范围.
解:(1)连接PF1(图略).由△POF2为等边三角形可知在△F1PF2中,∠F1PF2=90°,|PF2|=c,|PF1|=c,于是2a=|PF1|+|PF2|=(+1)c,故C的离心率为e==-1.
(2)由题意可知,满足条件的点P(x,y)存在,且|y|·2c=16,·=-1,+=1,
即c|y|=16, ①
x2+y2=c2, ②
+=1. ③
由②③及a2=b2+c2得y2=.
又由①知y2=,故b=4.
由②③及a2=b2+c2得x2=(c2-b2),
所以c2≥b2,从而a2=b2+c2≥2b2=32,故a≥4.
当b=4,a≥4时,存在满足条件的点P.
所以b=4,a的取值范围为[4,+∞).
1.(2025·江南十校联考)与椭圆9x2+4y2=36有相同焦点,且满足短半轴长为2的椭圆方程是( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
解析:B 椭圆9x2+4y2=36化成标准方程为+=1,焦点在y轴上,设所求椭圆方程为+=1(a>b>0),依题意有所以a2=25,b2=20,所求椭圆方程为+=1.
2.椭圆+=1的焦距为4,则m=( )
A.4 B.8 C.4或8 D.12
解析:C 当焦点在x轴上时,10-m>m-2>0,10-m-(m-2)=4,∴m=4.当焦点在y轴上时,m-2>10-m>0,m-2-(10-m)=4,∴m=8.∴m=4或8.
3.已知椭圆的长轴长为10,短轴长为8,则椭圆上任意一点P到椭圆中心O的距离的取值范围是( )
A.[4,5] B.[6,8]
C.[6,10] D.[8,10]
解析:A 不妨设椭圆的焦点在x轴上,则该椭圆的标准方程为+=1.设点P(x,y),则-5≤x≤5,且有y2=16-x2.所以|OP|==∈[4,5],故选A.
4.已知F是椭圆E:+=1(a>b>0)的左焦点,经过原点O的直线l与椭圆E交于P,Q两点,若|PF|=3|QF|,且∠PFQ=120°,则椭圆E的离心率为( )
A. B.
C. D.
解析:A 如图所示,由椭圆的对称性可知,|PF|+|QF|=2a,由于|PF|=3|QF|,则|QF|=a,|PF|=a,由∠PFQ=120°,得|PQ|=a,在△FQP与△FQO中利用同角余弦值相等,则=,解得c=a,则e==.
5.〔多选〕若椭圆C:+=1(b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,则能使以F1F2为直径的圆与椭圆C有公共点的b的值为( )
A. B.
C.2 D.
解析:ABC 以F1F2为直径的圆的方程为x2+y2=c2.因为圆x2+y2=c2与椭圆C有公共点,所以c2≥b2,即9-b2≥b2,所以b2≤,即0<b≤,故,,2满足条件,故选A、B、C.
6.〔多选〕(2025·沈阳质量监测)设椭圆C:+=1的左、右焦点分别为F1,F2,P是C上的动点,则下列说法正确的是( )
A.|PF1|的最大值为8
B.椭圆C的离心率e=
C.△PF1F2面积的最大值等于12
D.以线段F1F2为直径的圆与圆(x-4)2+(y-3)2=4相切
解析:ACD 椭圆C:+=1的长半轴长a=5,短半轴长b=4,则半焦距c==3.对于A,|PF1|的最大值为a+c=8,A正确;对于B,椭圆C的离心率e==,B错误;对于C,设点P(x0,y0),则|y0|max=4,而|F1F2|=2c=6,因此△PF1F2面积的最大值等于×6×4=12,C正确;对于D,以线段F1F2为直径的圆为x2+y2=9,圆心O(0,0),半径r1=3,圆(x-4)2+(y-3)2=4的圆心C(4,3),半径r2=2,|OC|=5=r1+r2,则圆O与圆C外切,D正确.故选A、C、D.
7.若椭圆+=1(m>0)的离心率为,则该椭圆的长轴长为 4或2 .
解析:由椭圆+=1的离心率为,当m>2时,椭圆焦点在x轴上,==,解得m=4,所以椭圆的长轴长为4;当0<m<2时,椭圆焦点在y轴上,==,得m=1,所以椭圆的长轴长为2.
8.设F1,F2分别是椭圆E:x2+=1(0<b<1)的左、右焦点,过点F1的直线交椭圆E于A,B两点.若|AF1|=3|F1B|,AF2⊥x轴,则椭圆E的方程为 x2+y2=1 .
解析:如图所示,设F1(-c,0),F2(c,0),其中c=,则可设A(c,b2),B(x0,y0).由|AF1|=3|F1B|,可得=3,故
即代入椭圆方程,可得+b2=1,解得b2=,故椭圆方程为x2+=1.
9.已知椭圆C:+=1(a>b>0),焦点F1(-c,0),F2(c,0),左顶点为A,点E的坐标为(0,c),A到直线EF2的距离为b.
(1)求椭圆C的离心率;
(2)若P为椭圆C上的一点,∠F1PF2=60°,△PF1F2的面积为,求椭圆C的方程.
解:(1)由题意得,A(-a,0),EF2:x+y=c,
因为A到直线EF2的距离为b,即=b,
所以a+c=b,
即(a+c)2=3b2,又b2=a2-c2,
所以(a+c)2=3(a2-c2),所以2c2+ac-a2=0,
因为离心率e=,所以2e2+e-1=0,
解得e=或e=-1(舍),
所以椭圆C的离心率为.
(2)由(1)知离心率e==,即a=2c, ①
因为∠F1PF2=60°,△PF1F2的面积为,
则|PF1||PF2|sin 60°=,
所以|PF1||PF2|=4,
又
所以a2-c2=3, ②
联立①②得a=2,c=1,所以b2=a2-c2=3,
所以椭圆C的标准方程为+=1.
10.椭圆C:+=1(a>b>0)的左顶点为A,点P,Q均在C上,且关于y轴对称.若直线AP,AQ的斜率之积为,则C的离心率为( )
A. B. C. D.
解析:A 法一 设P(m,n)(n≠0),则Q(-m,n),易知A(-a,0),所以kAP·kAQ=·== (*).因为点P在椭圆C上,所以+=1,得n2=(a2-m2),代入(*)式,得=,结合b2=a2-c2,得3a2=4c2,所以e==.故选A.
法二 设椭圆C的右顶点为B,则直线BP与直线AQ关于y轴对称,所以kAQ=-kBP,所以kAP·kBP=-kAP·kAQ=-=e2-1,所以e=.故选A.
11.已知椭圆C:+=1的左、右焦点分别为F1,F2,点M在椭圆C上,当△MF1F2的面积最大时,△MF1F2内切圆半径为( )
A.3 B.2 C. D.
解析:D 因为椭圆为+=1,所以a=5,b=3,c==4.当△MF1F2的面积最大时,点M为椭圆C的短轴顶点,不妨设点M为椭圆C的上顶点,点O为坐标原点,△MF1F2内切圆半径为r,则|MF1|=|MF2|=a=5,|F1F2|=2c=8,|OM|=b=3,=(|MF1|+|MF2|+|F1F2|)·r=|F1F2|·|OM|,所以r=,故选D.
12.〔多选〕如图所示,一个底面半径为的圆柱被与其底面成45°角的平面所截,截面是一个椭圆,则( )
A.椭圆的长轴长为4
B.椭圆的离心率为
C.椭圆的方程可以为+=1
D.椭圆上的点到焦点的距离的最小值为2-
解析:ACD 圆柱的底面半径是,直径是2,所以椭圆的长轴长2a==4,a=2,短轴长2b=2,b=,则c==,离心率e==,以椭圆中心为原点,长轴与短轴所在直线分别为x轴,y轴建立平面直角坐标系,可得椭圆的方程为+=1,椭圆上的点到焦点的距离的最小值是a-c=2-.故选A、C、D.
13.(2024·临沂二模)椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,P为椭圆上第一象限内的一点,且PF1⊥PF2,PF1与y轴相交于点Q,离心率e=,若=λ,则λ= .
解析:设||=m,||=n,则有m2+n2=4c2,m+n=2a=2×c=c,则(m+n)2=m2+n2+2mn=c2,即2mn=c2-4c2=c2,则(m-n)2=m2+n2-2mn=4c2-c2=c2,即m-n=c,即m==c,n==c,则||=λ||=λm=λc,由||=||,则有(λc)2=(c-λc)2+(c)2,整理得8λ=5,即λ=.
14.已知F1,F2是椭圆C:+=1(b>0)的左、右焦点,过点F1的直线与C交于A,B两点,且|AF2|∶|AB|∶|BF2|=3∶4∶5.
(1)求C的离心率;
(2)设M,N分别为C的左、右顶点,点P在C上(点P不与点M,N重合),证明:∠MPN≤∠MAN.
解:(1)由+=1(b>0)得a2=4,则a=2.
设|AF2|=3m,|AB|=4m,|BF2|=5m,
由勾股定理知∠BAF2=.
由|AF2|+|AB|+|BF2|=4a=8可知m=,所以|AF2|=2.
所以|AF1|=2a-|AF2|=4-2=2,
所以△AF1F2为等腰直角三角形,
所以点A是椭圆短轴的一个端点,则b=c=,
所以椭圆的离心率为e==.
(2)证明:由(1)可得椭圆方程为+=1,
则M(-2,0),N(2,0).
由椭圆的对称性可设A(0,),P(x0,y0),y0∈(0,],
α=∠PMN,β=∠PNM,
则tan α=,tan β=,+=1,
所以tan α·tan β=·===,
tan α+tan β=+===,
所以tan(α+β)==,
所以当y0=时,tan(α+β)取得最小值2,
由(1)知∠BAF2=,所以(α+β)∈(0,),
所以当点P与点A重合时,α+β取得最小值,此时∠MPN=π-(α+β)取得最大值,所以∠MPN≤∠MAN.
15.(新定义)若两个椭圆的离心率相等,则称它们为“相似椭圆”.如图,在平面直角坐标系Oxy中,已知椭圆C1:+=1,A1,A2分别为椭圆C1的左、右顶点.椭圆C2以线段A1A2为短轴且与椭圆C1为“相似椭圆”.
(1)求椭圆C2的方程;
(2)设P为椭圆C2上异于A1,A2的任意一点,过P作PQ⊥x轴,垂足为Q,线段PQ交椭圆C1于点H.求证:A1H⊥PA2.
解:(1)椭圆C1:+=1的离心率为e===,
设椭圆C2的方程为+=1(a'>b'>0),且b'=,因为两个椭圆为“相似椭圆”,所以e==,解得a'2=12,
所以椭圆C2的方程为+=1.
(2)证明:不妨设P(m,n),其中n>0,则+=1,可得m2=6-,
把x=m代入椭圆C1:+=1,可得y=,所以H(m,),
所以=,=,
所以·=·===-1.
所以A1H⊥PA2.
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