3.1 培优课 椭圆的综合问题(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中数学选择性必修第一册(人教A版)

2025-12-26
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教辅
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学人教A版选择性必修第一册
年级 高二
章节 3.1.2椭圆的简单几何性质
类型 课件
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 PPTX
文件大小 4.36 MB
发布时间 2025-12-26
更新时间 2025-12-26
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 2025-12-26
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/55564075.html
价格 3.00储值(1储值=1元)
来源 学科网

摘要:

该高中数学课件聚焦椭圆综合问题,涵盖最值(范围)、直线与椭圆综合及实际应用三大模块。通过例题详解(如弦长最值求解)、规律方法总结(如最值问题三法)、训练题跟进,构建“例题-方法-训练”学习支架,衔接椭圆基础与综合应用。 其亮点在于融合数学思维与实际应用,如电影放映灯反射镜面、船上绳子问题等实例,培养用数学眼光观察现实世界的能力。注重逻辑推理(如韦达定理应用)和数学运算(如弦长公式推导),规律方法与随堂检测结合,助力学生提升解题能力,教师可直接用于培优教学。

内容正文:

培优课 椭圆的综合问题 1 1.理解和掌握与椭圆有关的最值(范围)问题的解决方法(数学运算). 2.掌握直线与椭圆的综合问题及椭圆的实际应用问题(逻辑推理、数学运算). 重点解读 与椭圆有关的最值(范围)问题 一 直线与椭圆的综合问题 二 椭圆的实际应用问题 三 课时作业 04 目录 3 一 PART 与椭圆有关的最值(范围)问题 目 录 【例1】(2025·开封质检)已知椭圆C的中心在坐标原点,焦点在x轴 上,左顶点为A(-2,0),离心率为 . (1)求椭圆C的标准方程; 解:设椭圆C的标准方程为 + =1(a>b>0). 由题意得 解得c=1,所以b2=a2-c2=3, 所以椭圆C的标准方程为 + =1. 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)斜率为1的直线l与椭圆C相交于P,Q两点,求|PQ|的最大值. 解:设P(x1,y1),Q(x2,y2),直线l的方程为y=x+t. 由 得7x2+8tx+4(t2-3)=0, 由Δ=(8t)2-112(t2-3)>0,得0≤t2<7,则x1+x2=- t,x1x2= , 数学·选择性必修第一册 目 录 所以|PQ|= ·|x1-x2| = · = · = · , 又0≤t2<7,所以当t=0时, 可得|PQ|max= . 数学·选择性必修第一册 目 录 【规律方法】  解决与椭圆有关的最值问题的常用方法 (1)利用定义转化为几何问题处理; (2)利用数形结合,挖掘数学表达式的几何特征,进而求解; (3)利用函数最值的研究方法,将其转化为函数的最值问题来处理,此 时应注意椭圆中x,y的取值范围,常常是化为闭区间上的二次函数的最值 问题来求解. 数学·选择性必修第一册 目 录 训练1 (1)若点(x,y)在椭圆4x2+y2=4上,则 的最小值为 (  ) A. 1 B. -1 C. - D. 以上都不正确 解析:设 =k,则y=k(x-2).由 消去y,整理得(k2+4)x2-4k2x+4(k2-1)=0,由题意得Δ=16k4-4×4(k2-1)(k2+4)≥0,解得- ≤k≤ ,所以 的最小值为- .故选C. √ 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)在椭圆 + =1上求一点P,使它到直线l:3x-2y-16=0的距 离最短,并求出最短距离. 解:设与椭圆相切并与l平行的直线方程为y= x+m,代入 + =1, 并整理得4x2+3mx+m2-7=0, 由Δ=9m2-16(m2-7)=0得m2=16,∴m=±4, 故两切线方程为y= x+4和y= x-4, 显然y= x-4即3x-2y-8=0距l最近,它们之间的距离即为 所求最短距离,且y= x-4与椭圆的切点即为所求点P, 数学·选择性必修第一册 目 录 故所求最短距离为d= = = . 由 得 即P( ,- ). 数学·选择性必修第一册 目 录 二 PART 直线与椭圆的综合问题 目 录 【例2】已知点F(0,1),直线l:y=4,P为曲线C上的任意一点, 且|PF|是P到l的距离的 . (1)求曲线C的方程; 解:设P(x,y),由已知 = |y-4|, 整理得 + =1,即为曲线C的方程. 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)若经过点F且斜率为k(k≠0)的直线交曲线C于M,N两点,线段 MN的垂直平分线交y轴于点H,求证: 为定值. 解:证明:设经过点F且斜率为k(k≠0)的直线的方程为y=kx+1,与 曲线C的方程联立得 消去y整理得(4+3k2)x2+6kx-9= 0,Δ=36k2+4×9×(4+3k2)=144(1+k2)>0恒成立, 设M(x1,y1),N(x2,y2),则|MN|= |x1-x2|= × = ,x1+x2=- , 数学·选择性必修第一册 目 录 设线段MN的中点为T(x0,y0),则x0= =- ,y0=kx0+1 = ,线段MN的垂直平分线的斜率为- , 方程为y- =- (x+ ),令x=0,解得y= ,即为点 H的纵坐标, ∴|FH|=1- = ,∴ = = ,即 为定值 . 数学·选择性必修第一册 目 录 【规律方法】  解决直线与椭圆综合问题的注意点 (1)根据条件设出合适的直线方程,当不知直线是否有斜率时需要分两 种情况讨论(也可将方程设成用y表示x的形式); (2)在具体求解时,常采用设而不求、整体代换的方法,可使运算更 简单; (3)不要忽视判别式的作用,在解题中判别式起到了限制参数范围的 作用. 数学·选择性必修第一册 目 录 训练2 (2025·嘉兴月考)已知椭圆C: + =1(a>b>0)的长轴 长是短轴长的2倍,F是椭圆C的一个焦点,点M(0,2),且|MF|= . (1)求椭圆C的方程; 解:由题意,可得 解得 故椭圆C的方程为 + =1. 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)若过点M的直线l与椭圆C交于A,B两点,线段AB的中点为N,且 满足|AM|=|BN|,求直线l的方程. 解:根据题意可得,点A必在点B的上方,才有|AM|=|BN|. 当l的斜率不存在时,|AM|=2- ,|BN|= ,|AM|≠| BN|,不符合题意,故l的斜率必定存在. 设l的方程为y=kx+2,由 得(1+4k2)x2+16kx+8= 0, 则Δ=(16k)2-32(1+4k2)=128k2-32>0,即k2> . 设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=- ,x1x2= . 设N(x0,y0),则x0= =- . 数学·选择性必修第一册 目 录 由|AM|=|BN|可得,|AB|=|MN|, ∴ |x1-x2|= |x0-0|, 则 =|x0|, 即 =|- |, 整理得k2= > ,故k=± , ∴直线l的方程为y=± x+2. 数学·选择性必修第一册 目 录 三 PART 椭圆的实际应用问题 目 录 【例3】如图,一种电影放映灯的反射镜面是旋转椭球面(椭圆绕其对称 轴旋转一周形成的曲面)的一部分.过对称轴的截口BAC是椭圆的一部 分,灯丝位于椭圆的一个焦点F1上,片门位于另一个焦点F2上.由椭圆一 个焦点F1发出的光线,经过旋转椭球面反射后集中到另一个焦点F2.已知 BF1⊥F1F2,|F1B|= ,|F1F2|=4. 数学·选择性必修第一册 目 录 (1)建立如图所示的平面直角坐标系,求截口BAC所在的椭圆的方程; 解:设截口BAC所在椭圆的方程为 + =1(a>b>0), ∵BF1⊥F1F2,|F1B|= ,|F1F2|=4, ∴在Rt△BF1F2中,|F2B|= = , 故2a=|F1B|+|F2B|=2 ,得a= , 又2c=|F1F2|=4,∴c=2,∴b2=a2-c2=2, ∴所求椭圆的方程为 + =1. 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)若透明窗DE所在的直线与截口BAC所在的椭圆交于一点P,且 ∠F1PF2=90°,求△F1PF2的面积. 解:∵点P在椭圆上,∴|PF1|+|PF2|=2a=2 , 又∠F1PF2=90°,即△F1PF2为直角三角形, ∴|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2=16. 由 得|PF1|·|PF2|=4, 故△F1PF2的面积为 |PF1|·|PF2|=2. 数学·选择性必修第一册 目 录 【规律方法】  求解椭圆实际应用问题的思路 (1)通过数学抽象,找出实际问题中涉及的椭圆,将原问题转化为数学 问题; (2)确定椭圆的位置及要素,并利用椭圆的方程或几何性质求出数学问 题的解; (3)用解得的结果说明原来的实际问题. 数学·选择性必修第一册 目 录 训练3 船上两根高7.5 m的桅杆相距15 m,一条30 m长的绳子两端系在桅 杆的顶上,并按如图所示的方式绷紧.假设绳子位于两根桅杆所在的平面 内,则绳子与甲板接触点P到桅杆AB的距离为 m(精确到0.01 m,参考数据: ≈12.247). 4.75 数学·选择性必修第一册 目 录 解析:由题意P在以A,C为焦点的椭圆上,2a=|PA|+|PC|= 30,a=15,2c=15,即c=7.5,所以b= = = ,所以椭圆方程为 + =1,又yP=-7.5,代入椭圆方程得 + =1,xP=- (正值舍去),所以点P到桅杆AB的距离 为|PB|= -7.5≈4.75(m). 数学·选择性必修第一册 目 录 1. 已知F是椭圆 + =1的一个焦点,AB为过椭圆中心的一条弦,则 △ABF的面积的最大值为(  ) A. 6 B. 15 C. 20 D. 12 解析: 设A(x1,y1),B(x2,y2),由题知a=5,b=3,c=4, 所以S△ABF= |OF|·|y1-y2|≤ |OF|·2b=12. √ 数学·选择性必修第一册 目 录 2. 已知椭圆C1: + =1的两个焦点与椭圆C2: + =1(m>0) 的两个焦点构成正方形的四个顶点,则m=(  ) A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 解析: 由椭圆C1: + =1,可得椭圆C1的焦点为(±2,0),因 为椭圆C1的两个焦点与椭圆C2的两个焦点构成正方形,所以椭圆C2: + =1(m>0)的两个焦点在y轴上,所以椭圆C2的焦点为(0, ± ),所以 =2,解得m=2(m>0).故选B. √ 数学·选择性必修第一册 目 录 3. 某隧道的拱线设计为半个椭圆的形状,最大拱高h为6 m(如图所 示),路面设计是双向车道,车道总宽为8 m,如果限制通行车辆的高 度不超过4.5 m,那么隧道设计的拱宽d至少应是 m. 解析:设椭圆方程为 + =1,当点(4 ,4.5)在椭圆上时, + =1,解得a=16,∵车辆高度不超过4.5 m,∴a≥16,d= 2a≥32,故拱宽至少为32 m. 32 数学·选择性必修第一册 目 录 4. 已知椭圆C: + =1的左、右焦点分别为F1,F2,点M在椭圆C 上,则△MF1F2的内切圆半径的取值范围为 ⁠. 解析:设△MF1F2的内切圆半径为r,由题意得a=5,b=4,c2=a2-b2 =9,即c=3,又 = (|MF1|+|MF2|+|F1F2|)r= (2a+2c)r=8r,所以r= ,由于0< ≤ b·| F1F2|= ×4×6=12,所以0<r≤ . (0, ] 数学·选择性必修第一册 目 录 课堂小结 1.理清单 (1)与椭圆有关的最值(范围)问题; (2)直线与椭圆的综合问题; (3)椭圆的实际应用问题. 2.应体会 解决椭圆的综合问题时要注意数形结合思想、分类讨论思想、函数与方 程思想的应用. 3.避易错 求解椭圆的实际应用问题,要认真审题,切勿弄错椭圆的位置及要素. 数学·选择性必修第一册 目 录 04 PART 课时作业 目 录 1. 在手工课上,王老师带领同学们一起制作了一个近似鸟巢的金属模型, 其俯视图可近似看成是两个大小不同,离心率相同的椭圆,已知大椭圆的 长轴长为40 cm,短轴长为20 cm,小椭圆的短轴长为10 cm,则小椭圆的长 轴长为(  ) A. 30 cm B. 20 cm C. 10 cm D. 10 cm 解析: 因为两个椭圆的离心率相同,所以 = ,所以 = , 所以2a小=20,所以小椭圆的长轴长为20 cm. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 数学·选择性必修第一册 目 录 2. 已知椭圆C: + =1(a>b>0)的右焦点为F,短轴长为2 , 点M在椭圆上,若|MF|的最大值是最小值的3倍,则椭圆的焦距为 (  ) A. 3 B. 4 C. 1 D. 2 解析: 依题意,椭圆短轴长为2 ,得b= ,则a2-c2=b2=3, 又|MF|的最大值是最小值的3倍,即a+c=3(a-c),所以a= 2c,所以a=2,c=1,则其焦距为2c=2.故选D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 3. (2025·莱芜月考)已知P(m,n)是椭圆x2+ =1上的一个动点, 则m2+n2的取值范围是(  ) A. (1,2) B. [1,2) C. [1,2] D. (1,2] 解析: 因为P(m,n)是椭圆x2+ =1上的一个动点,所以m2+ =1,即n2=2-2m2,所以m2+n2=2-m2,又-1≤m≤1,则 0≤m2≤1,所以1≤2-m2≤2,即1≤m2+n2≤2,所以m2+n2的取值范围 是[1,2]. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 4. 已知(2,1)是椭圆C: + =1(a>b>0)上一点,则连接椭圆 C的四个顶点构成的四边形的面积(  ) A. 有最小值4 B. 有最小值8 C. 有最大值8 D. 有最大值16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解析: 因为(2,1)是椭圆C: + =1上一点,所以 + =1, 所以 + ≥2× × (当且仅当 = ,即a=2b时,取等号),所以 1≥ ,即ab≥4,所以连接椭圆C的四个顶点构成的四边形的面积为S= ·2a·2b=2ab≥8,所以连接椭圆C的四个顶点构成的四边形的面积的最 小值为8,故选B. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 5. 如图是一个篮球在太阳光照射下的影子,已知篮球的直径为22 cm,现 太阳光与地面的夹角为60°,则此椭圆形影子的离心率为(  ) A. B. C. D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解析: 如图,l1,l2是两条与球相切的直线,分别切于 点A,C,与底面交于点B,D,设篮球的半径为R, ∴AC=2R=22,R=11,过C作CE∥BD交l1于点E, 则CE=BD,在Rt△ACE中,CE= ,∴CE=22× =2a,∴a= = ,b=R,∴c= = R,∴e= = = . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 6. 〔多选〕设椭圆 + =1的右焦点为F,直线y=m(0<m< ) 与椭圆交于A,B两点,则(  ) A. |AF|+|BF|为定值 B. △ABF的周长的取值范围是[6,12] C. 当m= 时,△ABF为直角三角形 D. 当m=1时,△ABF的面积为 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解析:设椭圆的左焦点为F',则|AF'|=|BF|,所以|AF|+|BF|=|AF|+|AF'|=6为定值,A正确;△ABF的周长为|AB|+|AF|+|BF|,因为|AF|+|BF|为定值6,|AB|的取值范围是(0,6),所以△ABF的周长的取值范围是(6,12),B错误;将y= 与椭圆方程联立,可解得A(- , ),B( , ),又因为F( ,0),∴ · =( + )×( - )+( )2=0,所以△ABF为直角三角形,C正确;将y=1与椭圆方程联立,解得A(- ,1),B( ,1),所以S△ABF= ×2 ×1= ,D正确,故选A、C、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 7. 〔多选〕中国的“嫦娥四号”探测器,简称“四号星”,是世界首个在 月球背面软着陆和巡视探测的航天器.如图所示,现假设“四号星”沿地 月转移轨道飞向月球后,在月球附近一点P变轨进入以月球球心F为一个 焦点的椭圆轨道Ⅰ绕月飞行,之后卫星在P点第二次变轨进入仍以F为一个 焦点的椭圆轨道Ⅱ绕月飞行.若用2c1和2c2分别表示椭圆轨道Ⅰ和Ⅱ的焦距, 用2a1和2a2分别表示椭圆轨道Ⅰ和Ⅱ的长轴长,则下列式子 正确的是(  ) A. a1+c1=a2+c2 B. a1-c1=a2-c2 C. < D. > √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解析: 由题图可知,a1>a2,c1>c2,所以a1+c1>a2+c2,所以A 错误;在椭圆轨道Ⅰ中可得,a1-c1=|PF|,在椭圆轨道Ⅱ中可得,a2- c2=|PF|,所以a1-c1=a2-c2,所以B正确;所以a1+c2=a2+c1,两 边同时平方,得 + +2a1c2= + +2a2c1,所以 - +2a1c2 = - +2a2c1,即 +2a1c2= +2a2c1,由题图可得, > , 所以2a1c2<2a2c1,即 < ,所以C错误,D正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 8. 在平面直角坐标系中,动点P在椭圆C: + =1上运动,则点P到 直线x-y-5=0的距离的最大值为 ⁠. 解析:设直线x-y+m=0与椭圆 + =1相切,联立消去y,得25x2+ 32mx+16m2-144=0,∴Δ=(32m)2-4×25×(16m2-144)=0,解 得m=5或m=-5,∴与直线x-y-5=0平行且与椭圆相切的直线方程 为x-y+5=0,且两平行直线间的距离为d= = =5 , ∴点P到直线x-y-5=0的最大距离为5 . 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解析:因为| |=1,所以点M的轨迹为以A为圆心,半径为1的圆,因为 · =0,所以PM⊥AM,要使| |最小,只需| |最小,设P(m,n),-6≤m≤6,则 + =1,其中|AP|= = = = ,因为-6≤m≤6,所以当m=6时,|AP|min=3,此时| |min= =2 . 9. 已知动点P在椭圆C: + =1上,若点A的坐标为(3,0),点M 满足| |=1, · =0,则| |的最小值是 ⁠. 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 10. 已知椭圆 + =1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1(-c, 0),F2(c,0),若椭圆上存在一点P,使 = ,则该椭 圆的离心率的取值范围为 ⁠. ( -1,1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解析:在△PF1F2中,由正弦定理得 = .∵ = ,∴ = ,即|PF1|= ·|PF2|.由椭圆定义 知|PF1|+|PF2|=2a,则 ·|PF2|+|PF2|=2a,即|PF2|= .由椭圆的几何性质知|PF2|<a+c,则 <a+c,即c2+2ac -a2>0,∴e2+2e-1>0,解得e<- -1或e> -1.又e∈(0, 1),∴e∈( -1,1). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 11. (2025·绍兴月考)如图,某市新城公园将在长34米、宽30米的矩形地 块内开凿一个“挞圆”形水池,水池边缘由两个半椭圆 + =1 (x≤0)和 + =1(x≥0)组成,其中a>b>9,“挞圆”内切于矩 形(即“挞圆”与矩形各边均有且只有一个公共点). (1)求“挞圆”的方程; 解:由题意知b=15,a+9=34,解得a=25,b=15. 所以“挞圆”方程为 + =1(x≤0)和 + =1 (x≥0). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)在“挞圆”形水池内建一矩形网箱养殖观赏鱼,若该矩形网箱的一条边所在直线方程为y=t(t∈(0,15)),求该网箱所占水面面积的最大值. 解:设P(x0,t)为矩形在第一象限内的顶点,Q(x1,t)为矩形在第二象限内的顶点, 则 + =1, + =1,可得x1=- x0. 所以内接矩形的面积S=2t(x0-x1)=2t· x0=15×34×2· · ≤15×34( + )=510, 当且仅当 = 时,S取最大值510.所以网箱所占水面面积的最大值为510平方米. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 12. 在平面直角坐标系中,C1(0,- ),圆C2:x2+(y- )2= 12,动圆P过C1且与圆C2相切. (1)求动圆圆心P所在曲线C的方程; 解:连接PC1,PC2(图略),设动圆P的半径为r, 由题知|PC1|=r,|PC2|=2 -r,所以|PC1|+|PC2|=2 >|C1C2|=2 , 所以点P的轨迹是以C1,C2为焦点的椭圆,其长轴长为2a=2 ,焦距为 2c=2 , 则a= ,c= ,故b= =1, 所以曲线C的方程为 +x2=1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 (2)若直线l过点(0,1)且与曲线C交于A,B两点,线段AB的中点在 直线x=- 上,求直线l的方程. 解:若直线l的斜率不存在,则线段AB的中点为坐标原点,不符合题意. 若直线l的斜率存在,设其方程为y=kx+1, 将y=kx+1代入 +x2=1,得(3+k2)x2+2kx-2=0, 设A(x1,y1),B(x2,y2),所以x1+x2=- ,即 =- =- , 所以k2-4k+3=0,解得k=1或k=3, 所以直线l的方程为y=x+1或y=3x+1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 THANKS 演示完毕 感谢观看 $

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