第3章 习题课 圆锥曲线的离心率(课件PPT)-【步步高】2025-2026学年高二数学选择性必修第一册学习笔记(人教A版)
2026-08-13
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教辅
山东金榜苑文化传媒有限责任公司
进店逛逛 摘要:
该高中数学课件聚焦圆锥曲线离心率,系统讲解直接法(求a,c得e)和齐次式法(构造a,c关系),通过例题与跟踪训练搭建从基础到综合的学习支架,衔接椭圆、双曲线相关知识。
其亮点在于结合图形几何性质与定理推导,以数学眼光观察焦点三角形等图形,用数学思维进行逻辑推理(如余弦定理应用),用规范符号语言呈现解题过程。实例丰富,如用定义求椭圆离心率、几何性质求范围,助力学生提升解题能力,教师可借分层练习优化教学。
内容正文:
习题课
圆锥曲线的离心率
第三章 圆锥曲线的方程
<<<
1.掌握圆锥曲线的离心率的求法(重点).
2.会求圆锥曲线的离心率的最值及范围问题(难点).
学习目标
一、直接法
二、齐次式法
课时对点练
随堂演练
内容索引
直接法
一
已知椭圆C:+=1(a>)的左、右焦点分别为F1,F2,经过点F1的直线与椭圆C相交于A,B两点,若△ABF2的周长为16,则椭圆C的离心率为
A. B. C. D.
√
例 1
由题可知4a=16,即a=4,
c==,
所以椭圆C的离心率e==.
解析
5
根据已知条件求出a和c的值,代入e=,即可求出离心率.
反
思
感
悟
6
已知F为双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点,l为双曲线的一条渐近线,F到直线l的距离为,过F且垂直于x轴的直线交双曲线C于A,B两点,若|AB|=10,则C的离心率为
A.2 B. C.4 D.6
跟踪训练 1
√
7
双曲线的一条渐近线方程为bx-ay=0,
所以焦点F(c,0)到渐近线bx-ay=0的距离为==b=.
由-=1,令x=c,得-=1,
则y2=5=5×==,
所以y=±,
所以|AB|==10,a=1,
所以c==,所以e==.
解析
8
二
齐次式法
根据题设条件,借助a,b,c之间的关系,构造出a,c的齐次式(方程或不等式),进而得到关于e的方程或不等式,得出离心率e的值或范围,我们在解题时,经常从以下几个角度构造齐次式.
已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,若过F1(-c,0)的直线与圆x2+y2=相切,与椭圆在第一象限交于点P,且
PF2垂直于x轴,则椭圆的离心率为 .
例 2
角度1 利用圆锥曲线的定义
11
如图,设过F1(-c,0)的直线与圆x2+y2=相切于点Q,则OQ⊥PF1,
由于|OQ|=|OF1|,
所以∠PF1F2=30°,
因为PF2垂直于x轴,
所以tan∠PF1F2===,所以|PF2|=,
则|PF1|=,
解析
12
因为|PF1|+|PF2|=2a,
所以+=2a,
化简得a=c,
所以离心率e===.
解析
13
根据椭圆或双曲线的定义,求出a,c或列出关于a,c的等式,得到关于e的方程,进而求出e.
反
思
感
悟
14
设F1,F2分别为双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,双曲线上存在一点P,使得|PF1|+|PF2|=3b,|PF1|·|PF2|=ab,则该双曲线
的离心率为 .
跟踪训练 2
15
不妨设P为双曲线右支上一点,
|PF1|=r1,|PF2|=r2.
根据双曲线的定义,
得r1-r2=2a,
又r1+r2=3b,
故r1=,r2=.
又r1·r2=ab,
所以·=ab,
解
16
解得=(负值舍去),
故e=====.
解
17
设F1,F2为双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,过左焦点F1的直线l与C在第一象限相交于一点P,若|F1P|=|F1F2|,且直线l倾斜角的余弦值为,则C的离心率为 .
例 3
角度2 利用正余弦定理
2
18
设直线l的倾斜角为α,
则cos α=,
由P在第一象限内,
且|F1P|=|F1F2|,
则|F1P|=|F1F2|=2c,
∴|F2P|=2c-2a,
解析
19
由余弦定理可得cos∠PF1F2=cos α==,
整理得3c2-8ac+4a2=0,
则3e2-8e+4=0,
解得e=2或e=(舍去).
解析
20
如果已知条件中涉及三角形中的一些角度和长度的信息,可以借助正、余弦定理来得到a,c的齐次式.
反
思
感
悟
21
过椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点F1,F2作倾斜角分别为30°和60°的两条直线l1,l2.若两条直线的交点P恰好在椭圆上,则椭圆的离心率为
A. B.-1 C. D.
跟踪训练 3
√
22
由题意知,在△PF1F2中,∠F1PF2=30°,
由正弦定理可得=
==,
所以=,
所以该椭圆的离心率e====
==.
解析
23
已知椭圆+=1(a>b>c>0,其中c为椭圆的半焦距)的左、右焦点分别为F1,F2,若以F2为圆心,b-c为半径作圆F2,过椭圆上一点P作该圆的切线.切点为T,且|PT|的最小值不小于(a-c),则椭圆的离心率e的
取值范围是 .
例 4
角度3 利用图形的几何性质
24
依题意,如图所示,当P点位于椭圆的右顶点时,
|PF2|最小,
且最小值为a-c.
∵|PT|=≥(a-c),
∴≥(a-c),
∴(a-c)2≥4(b-c)2,
∴a-c≥2(b-c),∴a+c≥2b,
∴(a+c)2≥4(a2-c2),
解析
25
化简得5c2+2ac-3a2≥0,
即5e2+2e-3≥0,结合0<e<1.
可得≤e<1. ①
∵b>c,∴b2>c2,
∴a2-c2>c2,∴a2>2c2,
∴e2<. ②
解得0<e<.由①②解得≤e<.
故椭圆离心率的取值范围为.
解析
26
解析几何的本质是几何,将数量关系转化为几何关系,根据平面图形的几何性质求离心率的值或范围.
反
思
感
悟
27
已知双曲线-=1(b>a>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过F1的直线l交双曲线于A,B两点,A,B分别位于第一、二象限,△ABF2为等边三角形,则双曲线的离心率e等于
A. B.5 C. D.7
跟踪训练 4
√
28
由题意知|AF2|=|AB|=|BF2|,|AF1|-|AF2|=2a,
即|AB|+|BF1|-|AF2|=2a,
则|BF1|=2a,又|BF2|-|BF1|=2a,
所以|BF2|=4a,
取AB的中点D,连接DF2,
由△ABF2为等边三角形,得DF2⊥AB,
且|BD|=2a,所以|DF2|=2a,|DF1|=|BD|+|BF1|=2a+2a=4a,
因为△F1DF2为直角三角形,所以|F1F2|2=|DF1|2+|DF2|2,
则(2c)2=(4a)2+(2a)2,所以e==.
解析
29
1.知识清单:
(1)圆锥曲线的离心率的求法.
(2)圆锥曲线的离心率的范围问题.
2.方法归纳:直接法和齐次式法.
3.常见误区:忽略离心率的范围导致出错.
课堂小结
随堂演练
三
1
2
3
4
1.设双曲线-=1(a>0)的两焦点之间的距离为10,则双曲线的离心率为
A. B. C. D.
√
因为双曲线-=1(a>0)的两焦点之间的距离为10,
所以2c=10,c=5,
所以a2=c2-9=16,所以a=4.
所以离心率e==.
解析
1
2
3
4
2.已知圆C:x2+y2-6x+5=0与中心在原点、焦点在x轴上的双曲线D的一条渐近线相切,则双曲线D的离心率为
A. B. C. D.
√
1
2
3
4
圆C:(x-3)2+y2=4的圆心C(3,0),
半径r=2,
设双曲线D的方程为-=1(a>0,b>0),
则其渐近线方程为bx±ay=0,
于是=2,即=,
因此双曲线D的离心率e===.
解析
1
2
3
4
3.已知椭圆+=1(a>b>0)的一条弦所在的直线方程是x-y+5=0,弦的中点坐标是M(-4,1),则椭圆的离心率是
A. B. C. D.
√
设直线与椭圆交点为A(x1,y1),B(x2,y2),分别代入椭圆方程,由点差法可知yM=-xM,代入M(-4,1),解得=,e==.
解析
1
2
3
4
4.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,焦距为2c,P是椭圆C上一点(不在坐标轴上),Q是∠F1PF2的角平分线与x轴的交点,
若|QF2|=2|OQ|,则椭圆离心率的取值范围是 .
1
2
3
4
∵|QF2|=2|OQ|,
∴|QF2|=c,|QF1|=c.
∵PQ是∠F1PF2的角平分线,
∴==2,则|PF1|=2|PF2|,
∴|PF1|+|PF2|=3|PF2|=2a,解得|PF2|=.
由a-c<<a+c,可得e=>.
又0<e<1,∴椭圆离心率的取值范围是.
解析
课时对点练
四
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 D A D A C CD 6
题号 11 12 13 14 15
答案 C D A B
对一对
答案
1
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(1)由|AF|=9,|OB|=3,
则a+c=9,b=3,
由b==3,
则(a+c)(a-c)=9,
可得a-c=1,解得a=5,
所以椭圆C+=1.
9.
答案
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(2+=1,
则A(-a,0),B(0,b),F(c,0),
所以直线AB的斜率k1==
直线BF的斜率k2==-
由AB⊥BF,则k1k2=-1,即b2=ac,
9.
答案
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由b2=a2-c2,则a2-c2=ac,
则1-e2=e,由e=∈(0,1),
解得e=
所以椭圆C.
10.
答案
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(1)∵双曲线C为等轴双曲线,
∴-=1,
∵双曲线过点P(2=1,解得a2=1,
∴双曲线C的方程为x2-y2=1.
10.
答案
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(2)方法一 ∵△OMF是以线段OF为底边的等腰三角形,∠MOF=45°,
∴△OMF是等腰直角三角形,|OF|=c,
过M作MA⊥x轴于点A,如图所示,
则AM
设左焦点F1(-c,0),由双曲线定义知|MF1|-|MF|=2a,
∴2a=-=c-c=c,∴e=.
10.
答案
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方法二 同方法一得M
∵点M在双曲线C:-=1(a>0,b>0)上,
∴-=1-=4,
∴e2-=4,
整理得e4-6e2+4=0,解得e2=3±
10.
答案
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∵e>1,∴e2=3+
∴e====.
∴e=.
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设双曲线的方程为-=1(a>0,b>0),
则离心率e=.
由题意可知CD⊥y轴.
∵双曲线经过C,D,且以A,B为焦点,由双曲线的对称性知C,D关于y轴对称.
依题意,记A(-c,0),CE(x0,y0),
其中c=|AB|为双曲线的半焦距,h是梯形的高.
16.
答案
1
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由定比分点坐标公式得x0=y0=.
∵点C,E在双曲线上,
∴将点C-=1, ①
将点E的坐标代入双曲线方程得
-=1. ②
再将e=①-=1,
16.
答案
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∴=-1, ③
将e=②,
-=1. ④
将③式代入④式,整理得e2(1-λ)=1+2λ,
∴λ=1-.
16.
答案
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≤λ≤
≤1-≤
≤e≤.
∴.
基础巩固
1.已知焦点在x轴上的椭圆C:+=1(a>0)的长轴长为4,则其离心
率为
A. B. C. D.
√
答案
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由题意得2a=4,b2=4,所以a=2,
所以c===2,
所以椭圆C的离心率e===.
解析
2.如果椭圆+=1(a>b>0)的离心率为,那么双曲线-=1的离心率为
A. B. C. D.2
√
答案
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由椭圆的离心率为=,
∴a2=4b2.
∴在双曲线中,e2===.
∴双曲线的离心率e=.
解析
3.已知椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,点A是椭圆短轴的一个顶点,且cos∠F1AF2=,则椭圆的离心率e等于
A. B. C. D.
√
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设椭圆+=1(a>b>0)的焦距为2c(c>0),
如图,在△F1AF2中,
cos∠F1AF2==,
即1-2e2=,解得e=.
解析
4.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左顶点为A,右焦点为F(c,0),过点A的直线l与圆(x-c)2+y2=(c-a)2相切,与C交于另一点B,且∠BAF=,则C的离心率为
A.3 B. C.2 D.
√
答案
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显然圆(x-c)2+y2=(c-a)2的圆心为F(c,0),半径为c-a,令直线l与圆相切的切点为D,连接FD,
则FD⊥AB,有∠DAF=,而|AF|=a+c,又|AF|= 2|FD|,因此a+c=2(c-a),解得c=3a,所以双曲线C的离心率为e==3.
解析
5.关于椭圆有如下结论:“过椭圆+=1(a>b>0)上一点P(x0,y0)作该椭圆的切线,切线方程为+=1.”设椭圆C:+=1(a>b>0)的左焦点为F,右顶点为A,过F且垂直于x轴的直线与C的一个交点为M,过M作椭圆的切线l,若切线l与直线AM的倾斜角互补,则C的离心率为
A. B. C. D.
√
答案
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由题意可知A(a,0),F(-c,0),
将x=-c代入椭圆方程可得y=±,
不妨设M,则切线l:+=1,
即y=ex+a,
又直线AM的斜率kAM==-=e-1,
切线l的斜率为e,
由题意可知e-1+e=0,则e=.
解析
6.(多选)已知双曲线-=1(m>0),则
A.离心率的最小值为4
B.当m=1时,离心率最小
C.离心率最小时双曲线的标准方程为-=1
D.离心率最小时双曲线的渐近线方程为x±y=0
√
√
答案
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由题意可得e2===m+,因为m>0,所以e2=m+≥2=4,即e≥2,当且仅当m=,即m=2时取等号,此时双曲线的标准方程是-=1,渐近线方程是x±y=0.
解析
7.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的上顶点为B,两个焦点分别为F1,F2,
线段BF2的垂直平分线过点F1,则椭圆的离心率为 .
答案
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如图,设BF2的垂直平分线与BF2交于点H,
由题意可得,F1(-c,0),F2(c,0),B(0,b),则H,
∴==,
==-,
∵·=-1,
解析
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∴·=-1,化简得b2=3c2,
由a2=b2+c2,解得a2=4c2,
∴e2==,即e=.
解析
8.已知F1 ,F2 是椭圆与双曲线的公共焦点,P是它们的一个公共点,且|PF1|>|PF2|,线段PF1的垂直平分线过F2 ,若椭圆的离心率为e1,双曲线的离心率为e2 ,则+的最小值为 .
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设椭圆对应的参数为a1,b1,c,双曲线对应的参数为a2,b2,c,
由于线段PF1的垂直平分线过F2,
所以有|F1F2|=|PF2|=2c.
根据双曲线和椭圆的定义有
两式相减得到4c=2(a1-a2),即a1-a2=2c,
所以+=+=4++≥4+2=6,
当且仅当c=2a2时,等号成立,即最小值为6.
解析
9.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的中心为原点O,左顶点为A,上顶点为B,右焦点为F.
(1)若|AF|=9,|OB|=3,求椭圆C的标准方程;
答案
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由|AF|=9,|OB|=3,
则a+c=9,b=3,
由b==3,则(a+c)(a-c)=9,
可得a-c=1,
解得a=5,所以椭圆C的标准方程为+=1.
解
答案
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(2)若∠ABF=90°,求椭圆C的离心率.
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由+=1,则A(-a,0),B(0,b),F(c,0),
所以直线AB的斜率k1==,
直线BF的斜率k2==-,
由AB⊥BF,则k1k2=-1,即b2=ac,由b2=a2-c2,则a2-c2=ac,
则1-e2=e,由e=∈(0,1),解得e=,
所以椭圆C的离心率为.
解
10.双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点为F(c,0).
(1)若双曲线C为等轴双曲线,且过点P(2,),求双曲线C的方程;
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∵双曲线C为等轴双曲线,
∴-=1,
∵双曲线过点P(2,=1,
解得a2=1,
∴双曲线C的方程为x2-y2=1.
解
(2)经过原点O且倾斜角为45°的直线l与双曲线C的右支交于点M,△OMF是以线段OF为底边的等腰三角形,求双曲线C的离心率.
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方法一 ∵△OMF是以线段OF为底边的等腰三角形,∠MOF=45°,
∴△OMF是等腰直角三角形,|OF|=c,
过M作MA⊥x轴于点A,如图所示,
则A,M,
设左焦点F1(-c,0),由双曲线定义知|MF1|-|MF|=2a,
∴2a=-=c-c=c,∴e=.
解
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方法二 同方法一得M,
∵点M在双曲线C:-=1(a>0,b>0)上,
∴-=1,
即-=4,
∴e2-=4,
整理得e4-6e2+4=0,
解
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解得e2=3±,
∵e>1,∴e2=3+,
∴e====.
∴e=.
解
11.已知圆C1:x2+y2=b2与椭圆C2:+=1(a>b>0),P为椭圆C2的右顶点,由点P作圆C1的两条切线,其夹角为60°,则椭圆C2的离心率是
A. B. C. D.
√
综合运用
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圆C1:x2+y2=b2的圆心C1即为O(0,0),半径为b,
由题意作图,由点P(a,0)作圆C1的两条切线PA,PB,
∵两条切线的夹角为60°,
∴∠OPA=30°,
∴|OP|=2|OA|,即a=2b,
则a2=4b2=4(a2-c2),即3a2=4c2,
得e==.
解析
12.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,P是C上一点,且PF2⊥x轴,直线PF1与C的另一个交点为Q,若|PF1|=4|F1Q|,则C的离心率为
A. B. C. D.
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由题意,可将点P的坐标代入椭圆C的方程得+=1,
解得|PF2|=.
如图所示,过Q点作QE⊥x轴,垂足为点E,
设Q(x0,y0),
根据题意及图可知,Rt△PF2F1∽Rt△QEF1,
∵=4,∴==4,
∴|EF1|===,
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∴x0=-c-=-.
又∵y0=-|QE|=-=-.
∴点Q的坐标为.
将点Q的坐标代入椭圆方程,
得+=1.
结合b2=a2-c2,解得e==.
解析
13.已知椭圆+=1(a>b>0)上一点A关于原点的对称点为B点,F为其右焦点,若AF⊥BF,设∠ABF=α,且α∈,则该椭圆的离心率的取值范围是
A. B.
C. D.
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椭圆+=1(a>b>0)上一点A关于原点的对称点为B点,F为其右焦点,
设左焦点为F'.
∴|AF'|+|AF|=2a,
根据对称关系知四边形AF'BF为矩形,
∴|AB|=|FF'|=2c.
由于AF⊥BF,∠ABF=α,
∴|AF|=2csin α,|AF'|=2ccos α,
∴2csin α+2ccos α=2a,
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∴e===,
由于α∈,故α+∈,
∴<sin<1,
∴<<-1,
即离心率的取值范围是.
解析
14.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)虚轴的一个端点为D,直线x=3a与C交于A,B两点,若△ABD的垂心在C的一条渐近线上,则C的离心率为
.
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如图,设△ABD的垂心为H,则有DH⊥AB,
不妨设D(0,b),
因为H在渐近线y=x上,所以H(a,b),
直线x=3a与C交于A,B两点,
所以-=1,
解得y=±2b,
不妨令A(3a,2b),B(3a,-2b),
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又因为AD⊥BH,
所以kAD·kBH=·=-1,
整理得=,
所以e===.
解析
15.过双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点F2作双曲线一条渐近线的垂线,垂足为A,且与另一条渐近线交于点B,若|AF2|=|F2B|,则双曲线C的离心率是
A. B.或
C. D.3
拓广探究
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如图①,当=时,设∠F2OA=α,则∠AOB=2α,双曲线的渐近线方程为y=±x,所以tan α=,在Rt△OAF2中,tan α==,设|AF2|
=bt,|OA|=at,t>0,因为|AF2|2+|OA|2=|OF2|2,所以(bt)2+(at)2=c2,又c2=a2+b2,所以t=1,所以|OA|=a,|OF2|=c,|AF2|=b,|BF2|=3b,则|AB|=
4b,则tan 2α==,且tan 2α==.
所以=,结合c2=a2+b2,
得c2=a2,则e=.
解析
如图②,当=时,
设∠F2OA=α,∠AOB=β,双曲线的左焦点为F1,
则∠F2OB=α+β,∠F1OB=π-(α+β),
在Rt△OAF2中,tan α==,
设|AF2|=bt,|OA|=at,t>0,
因为|AF2|2+|OA|2=|OF2|2,
所以(bt)2+(at)2=c2,
又c2=a2+b2,所以t=1,
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所以|OA|=a,|OF2|=c,|AF2|=b,|BF2|=3b,
则|AB|=2b,tan β==,
所以tan∠F1OB=tan[π-(α+β)]=-tan(α+β)
=-=-=,
又tan∠F1OB=tan∠F2OA,则=,结合c2=a2+b2,
得c2=3a2,则e=.
综上所述,双曲线C的离心率为.
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16.如图,已知在梯形ABCD中,|AB|=2|CD|,点E分有向线段所成的比为λ,双曲线经过C,D,E三点,且以A,B为焦点.当≤λ≤时,求双曲线离心率e的取值范围.
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设双曲线的方程为-=1(a>0,b>0),
则离心率e=.
由题意可知CD⊥y轴.
∵双曲线经过C,D,且以A,B为焦点,
由双曲线的对称性知C,D关于y轴对称.
依题意,记A(-c,0),C,E(x0,y0),
其中c=|AB|为双曲线的半焦距,h是梯形的高.
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由定比分点坐标公式得x0=,
y0=.
∵点C,E在双曲线上,
∴将点C的坐标代入双曲线方程得-=1, ①
将点E的坐标代入双曲线方程得-=1. ②
再将e=代入①得-=1,∴=-1, ③
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将e=代入②,
得-=1. ④
将③式代入④式,整理得e2(1-λ)=1+2λ,
∴λ=1-.
由题设≤λ≤,得≤1-≤,
解得≤e≤.
∴双曲线离心率的取值范围是[].
解
第三章 圆锥曲线的方程
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