第3章 3.1.2 椭圆的几何性质(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(苏教版)
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椭圆的几何性质,涵盖范围、对称性、顶点、离心率等核心内容。以维也纳金色大厅椭圆顶棚的声学现象导入,通过观察椭圆标准方程图形,引导学生从范围、对称性、特殊点逐步探究,搭建从椭圆方程到几何性质的认知支架。
其亮点在于以问题驱动探究,结合几何直观与推理能力,如通过“0圆1扁”类比助记离心率影响椭圆扁圆程度,例题与跟踪训练注重分类讨论(如焦点位置不确定时的方程求解)。学生能深化对性质与方程联系的理解,提升数学思维,教师可借助系统知识梳理与分层练习提高教学效率。
内容正文:
3.1.2
椭圆的几何性质
第3章 圆锥曲线与方程
<<<
1.掌握椭圆的几何性质,了解椭圆标准方程中a,b,c的几何意义.
2.能利用椭圆的简单性质求椭圆的方程.
3.会求椭圆的离心率.
学习目标
奥地利维也纳金色大厅的顶棚设计为椭圆面,舞台在这个椭圆面的一个焦点处.当乐队在舞台上演奏时,椭圆面顶棚会把声音反射到椭圆面的另一个焦点处汇聚,因此在这个焦点处的听众就感到还有另外一个乐队存在(其实什么都没有).所以能产生很好的听觉效果.其实这就是利用了本节课要学习的椭圆的几何性质,那么椭圆还有什么其他的几何性质呢?
导 语
一、椭圆的几何性质
二、利用几何性质求椭圆的标准方程
课时对点练
三、求椭圆的离心率
随堂演练
内容索引
椭圆的几何性质
一
提示 范围:-a≤x≤a,-b≤y≤b;对称性:对称轴为x轴,y轴,对称中心为原点;
顶点:A1(-a,0),A2(a,0),B1(0,-b),B2(0,b).
观察椭圆=1(a>b>0)的形状,你能从
图上看出它的范围吗?它具有怎样的对称性?椭圆上哪些点比较特殊?
问题1
椭圆的简单几何性质
焦点的位置 焦点在x轴上 焦点在y轴上
图形
标准方程 =1(a>b>0) =1(a>b>0)
范围 _______________________ _______________________
-a≤x≤a且-b≤y≤b
-b≤x≤b且-a≤y≤a
知识梳理
焦点的位置 焦点在x轴上 焦点在y轴上
对称性 对称轴为________,对称中心为_______
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 短轴长B1B2=___,长轴长A1A2=___,短半轴长等于___,长半轴长等于__
焦点 ___________________ ____________________
焦距 F1F2=___
坐标轴
原点
2b
2a
b
a
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
2c
提示 离心率e=,假设a固定,当e→0时,c→0,因为a2=c2+b2,则
b→a,所以离心率越小,椭圆就越圆.当e→1时,c→a,则b→0,所以离心率越大,椭圆就越扁.可以结合数字的特点来帮助记忆,“1”很扁平,“0”很圆.
椭圆的离心率是如何影响椭圆的扁圆程度的?
问题2
提示 可以.e=.
已知的值能求出离心率吗?
问题3
1.定义:焦距与长轴长的比____叫作椭圆的________,记为e.
2.性质:离心率e的范围是________.当e越接近于1时,椭圆______;当e越接近于___时,椭圆就越接近于圆.
离心率
(0,1)
越扁
0
知识梳理
(1)椭圆的焦点一定在它的长轴上.
(2)椭圆上到中心的距离最小的点是短轴的两个端点,到中心的距离最大的点是长轴的两个端点.
(3)椭圆上到焦点的距离最大和最小的点分别是长轴的两个端点,最大值为a+c,最小值为a-c.
(4)离心率也可以表示为e=.
注 意 点
<<<
12
(课本例1)求椭圆=1的长轴长、短轴长、离心率、焦点坐
标和顶点坐标,并用描点法画出这个椭圆.
例 1
13
根据椭圆的方程=1,得a=5,b=3,c==4,
所以椭圆的长轴长2a=10,短轴长2b=6,离心率e=,
焦点为F1(-4,0),F2(4,0),
顶点为A1(-5,0),A2(5,0),B1(0,-3),B2(0,3).
将方程变形为y=±,根据y=算出椭圆在第一象
限内的几个点的坐标(如下表所示):
解
x 0 1 2 3 4 5
y 3 2.94 2.75 2.4 1.8 0
14
先描点画出在第一象限内的图形,再利用椭圆的对称性画出整个椭圆(如图).
解
15
设椭圆方程mx2+4y2=4m(m>0)的离心率为,试求椭圆的长轴长、短轴长、焦点坐标及顶点坐标.
例 1
16
椭圆方程可化为=1.
①当0<m<4时,a=2,b=,c=,
∴e=,
∴m=3,∴b=,c=1,
∴椭圆的长轴长和短轴长分别是4,2,
焦点坐标为F1(-1,0),F2(1,0),
顶点坐标为A1(-2,0),A2(2,0),B1(0,-),B2(0,).
解
17
②当m>4时,a=,b=2,
∴c=,
∴e=,解得m=,
∴a=,c=,
∴椭圆的长轴长和短轴长分别为,4,
焦点坐标为F1,F2,
顶点坐标为A1,A2,B1(-2,0),B2(2,0).
解
18
用标准方程研究几何性质的步骤
(1)将椭圆方程化为标准形式.
(2)确定焦点位置.(焦点位置不确定的要分类讨论)
(3)求出a,b,c.
(4)写出椭圆的几何性质.
反
思
感
悟
19
(多选)已知椭圆C的两个焦点坐标分别为(-2,0),(2,0),离心率为e,则
A.e越接近于0,则C就越接近于圆
B.e越接近于1,则C就越接近于圆
C.若C经过点,则C的长轴长为2
D.若e=,则C的长半轴长为8
跟踪训练 1
√
√
20
由椭圆的性质可知,e越接近于0,椭圆就越接近于圆;e越接近于1,椭圆就越扁平,故A正确,B错误;
若C经过点,则由椭圆的定义可知C的长轴长2a==2,故C正确;
由已知得,c=2,则a=4,长半轴长为4,故D错误.
解析
21
二
利用几何性质求椭圆的标准方程
求适合下列条件的椭圆的标准方程:
(1)椭圆过点(3,0),离心率e=;
例 2
23
若焦点在x轴上,则a=3,
∵e=,∴c=,
∴b2=a2-c2=9-6=3.
∴椭圆的方程为=1.
若焦点在y轴上,则b=3,
∵e=,解得a2=27.
∴椭圆的方程为=1.
∴所求椭圆的方程为=1或=1.
解
24
(2)经过点M(1,2),且与椭圆=1有相同的离心率.
25
方法一 由题意知e2=1-,
所以,即a2=2b2,
设所求椭圆的方程为=1或=1.
将点M(1,2)代入椭圆方程得
=1或=1,解得b2=或b2=3.
故所求椭圆的方程为=1或=1.
解
26
方法二 设所求椭圆方程为=k1(k1>0)或=k2(k2>0),
将点M的坐标代入可得=k1或=k2,解得k1=,k2=,
故,
即所求椭圆的标准方程为=1或=1.
解
27
利用椭圆的几何性质求标准方程的思路
(1)利用椭圆的几何性质求椭圆的标准方程时,通常采用待定系数法,其步骤是:
①确定焦点位置(焦点位置不确定的要分类讨论);
②设出相应椭圆的标准方程(对于焦点位置不确定的椭圆可能有两种标准方程);
③根据已知条件构造关于参数的关系式,利用方程(组)求参数,
列方程(组)时常用的关系式有b2=a2-c2,e=等.
(2)在椭圆的简单几何性质中,轴长、离心率不能确定椭圆的焦点位置,因此仅依据这些条件求所要确定的椭圆的标准方程可能有两个.
反
思
感
悟
28
求适合下列条件的椭圆的标准方程:
(1)长轴长是10,离心率是;
跟踪训练 2
设椭圆的标准方程为
=1(a>b>0)或=1(a>b>0).
由已知得2a=10,a=5,e=,∴c=4.
∴b2=a2-c2=25-16=9.
∴椭圆的标准方程为=1或=1.
解
29
(2)在x轴上的一个焦点,与短轴两个端点的连线互相垂直,且焦距为6.
30
依题意可设椭圆的标准方程为
=1(a>b>0).
如图所示,△A1FA2为一等腰直角三角形,OF为斜边A1A2的中线(高),
且OF=c,A1A2=2b,2c=6,
∴c=b=3,∴a2=b2+c2=18,
故所求椭圆的标准方程为=1.
解
31
求椭圆的离心率
三
设椭圆C:=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,P是C
上的点,PF2⊥F1F2,∠PF1F2=30°,则C的离心率为 .
例 3
33
方法一 由题意可设PF2=m,结合条件可知PF1=2m,F1F2=m,
故离心率e=.
方法二 由PF2⊥F1F2可知点P的横坐标为c,
将x=c代入椭圆方程解得y=±,
所以PF2=.又由∠PF1F2=30°可得F1F2=PF2,故2c=·
(a2-c2)=2ac,等式两边同除以a2,得(1-e2)=2e,
解得e=或e=-(舍去).
解析
34
若将本例中“PF2⊥F1F2,∠PF1F2=30°”改为“∠PF2F1=75°,∠PF1F2=45°”,求C的离心率.
延伸探究1
35
在△PF1F2中,
∵∠PF1F2=45°,∠PF2F1=75°,
∴∠F1PF2=60°,
设PF1=m,PF2=n,
F1F2=2c,m+n=2a,
则在△PF1F2中,有,
∴,
∴e=.
解
36
若将本例中“PF2⊥F1F2,∠PF1F2=30°”改为“椭圆C上存在点P,使∠F1PF2为钝角”,求椭圆C的离心率的取值范围.
延伸探究2
由题意知c>b,∴c2>b2.
又b2=a2-c2,
∴c2>a2-c2,即2c2>a2,∴e2=>,
∴e>,又0<e<1,
∴椭圆C的离心率的取值范围为.
解
37
求椭圆离心率及范围的两种方法
(1)直接法:若已知a,c可直接利用e=求解.若已知a,b或b,c可借助于a2=b2+c2求出c或a,再代入公式e=求解.
(2)方程法:若a,c的值不可求,则可根据条件建立a,b,c的齐次关系式,借助于a2=b2+c2,转化为关于a,c的齐次方程或不等式,再将方程或不等式两边同除以a的最高次幂,得到关于e的方程或不等式,即可求得e的值或范围.
反
思
感
悟
38
1.知识清单:
(1)椭圆的简单几何性质.
(2)由椭圆的几何性质求标准方程.
(3)求椭圆的离心率.
2.方法归纳:分类讨论、方程法(不等式法).
3.常见误区:忽略椭圆离心率的范围及长轴长与a的关系.
课堂小结
随堂演练
四
1
2
3
4
1.(多选)已知椭圆C:16x2+4y2=1,则下列结论正确的是
A.长轴长为 B.焦距为
C.焦点坐标为 D.离心率为
√
由椭圆方程16x2+4y2=1化为标准方程可得=1,
所以a=,b=,c=,
所以长轴长2a=1,焦距2c=,
离心率e=.
解析
√
1
2
3
4
2.焦点在x轴上,右焦点到短轴端点的距离为2,到左顶点的距离为3的椭圆的标准方程是
A.=1 B.+y2=1
C.=1 D.x2+=1
√
依题意,得a=2,a+c=3,故c=1,b=
=1.
解析
1
2
3
4
3.已知椭圆的离心率为,焦点是(-3,0)和(3,0),则该椭圆的方程为
A.=1 B.=1
C.=1 D.=1
由题意知c=3,,
则a=6,∴b2=a2-c2=27,
∴椭圆的方程为=1.
解析
√
1
2
3
4
4.若椭圆的两个焦点与短轴的一个端点构成一个正三角形,则该椭圆的离心率为 .
不妨设椭圆的左、右焦点分别为F1,F2,B为椭圆的上顶点.
依题意可知,△BF1F2是正三角形.
∵在Rt△OBF2中,OF2=c,
BF2=a,∠OF2B=60°,
∴cos 60°=,即椭圆的离心率e=.
解析
课时对点练
五
题号 1 2 3 4 5 6
答案 CD D A ACD C ABD
题号 7 8 11 12 13
答案 =1 BD C C
题号 14 15
答案 28 2(答案不唯一,在(0,2)内的任何数都可以)
对一对
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
9.
答案
1
2
3
4
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6
7
8
9
10
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14
15
16
由题意可得a=2,×2c×2b=4,
即bc=2,
又c2=a2-b2,
解得b=c=,
所以椭圆C的标准方程为=1,离心率e=.
10.
答案
1
2
3
4
5
6
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8
9
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11
12
13
14
15
16
(1)若∠F1AB=90°,则△AOF2为等腰直角三角形,
所以有OA=OF2,即b=c.
所以a=c,e=.
(2)由题意知A(0,b),F2(1,0),
设B(x,y),由=2,
解得x=,y=-.
代入=1,
10.
答案
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3
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5
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16
得=1,即=1,解得a2=3,
又c2=1,所以b2=2,
所以椭圆的方程为=1.
16.
答案
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16
(1)由已知椭圆=1,即=1,则a=,b=3,
则c=,
所以焦距2c=3,离心率e==5,
所以该椭圆的焦距为素数,离心率的倒数也为素数,该椭圆为“朴素椭圆”.
(2)椭圆=1(0<m<36)的焦距为2,
16.
答案
1
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离心率e=,
若存在实数m,使得椭圆=1(0<m<36)为“朴素椭圆”,
则2均为素数,
又0<2<12,所以2=2,3,5,7,11,
即=1,,
则=6,4,,这些数都不是素数,
所以不存在实数m,使得椭圆=1(0<m<36)为“朴素椭圆”.
基础巩固
1.(多选)为使椭圆=1的离心率为,正数m的值可以是
A.1 B. C. D.
√
答案
1
2
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16
√
当0<m<2时,焦点在x轴上,此时a2=2,b2=m,
所以c2=a2-b2=2-m,所以e2=,
解得m=,符合题意;
当m>2时,焦点在y轴上,此时a2=m,b2=2,
所以c2=a2-b2=m-2,
所以e2=,解得m=,符合题意.
故正数m的值可以是.
解析
答案
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2.已知F1,F2分别为椭圆=1的左、右焦点,A为上顶点,则
△AF1F2的面积为
A.6 B.15 C.6 D.3
√
答案
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16
由椭圆方程=1得
A(0,3),F1(-,0),F2(,0),
∴F1F2=2.
∴F1F2·yA=×2×3=3.
解析
3.(2023·新高考全国Ⅰ)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等于
A. B. C. D.
√
由e2=e1,得=3,
因此=3×,而a>1,
所以a=.
解析
答案
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4.(多选)已知椭圆C:16x2+25y2=400,则关于椭圆C下列叙述正确的是
A.椭圆C的长轴长为10
B.椭圆C的两个焦点分别为(0,-3)和(0,3)
C.椭圆C的离心率等于
D.若过椭圆C的焦点且与长轴垂直的直线l与椭圆C交于P,Q,则PQ=
√
答案
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√
√
由题意知椭圆的标准方程为=1,
则a=5,b=4,∴c=3.长轴长为2a=10,A正确;
两焦点为(3,0),(-3,0),B错误;
离心率为e=,C正确;
将x=3或x=-3代入椭圆方程得
16×32+25y2=400,
解得y=±,∴PQ=,D正确.
解析
答案
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5.设F1,F2是椭圆E:=1(a>b>0)的左、右焦点,P为直线x=上
一点,△F2PF1是底角为30°的等腰三角形,则E的离心率为
A. B. C. D.
√
答案
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16
如图,△F2PF1是底角为30°的等腰三角形
⇒PF2=F2F1⇒2=2c
⇒e=.
解析
6.(多选)某颗人造地球卫星的运行轨道是以地球的中心F为一个焦点的椭圆,如图所示,已知它的近地点A(离地心最近的一点)距地面m km,远地点B(离地心最远的一点)距地面n km,并且F,A,B三点在同一直线上,地球半径约为R km,设该椭圆的长轴长、短轴长、焦距分别为2a,2b,2c,则
A.a-c=m+R
B.a+c=n+R
C.2a=m+n
D.b=
√
答案
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16
√
√
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16
∵地球的中心是椭圆的一个焦点,结合图形可得
∴ (*).故A,B正确;
由(*),可得2a=m+n+2R,故C不正确;
由(*),可得(m+R)(n+R)=a2-c2.
∵a2-c2=b2,∴b2=(m+R)(n+R),
∴b=,故D正确.
解析
7.若椭圆=1(a>b>0)的离心率为,两焦点分别为F1,F2,M为椭圆上一点,且△F1F2M的周长为16,则椭圆C的方程为 .
答案
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16
由△F1F2M的周长为16,
得2a+2c=16, ①
由离心率为, ②
又a2=b2+c2, ③
由①②③解得a=5,b=4.
∴椭圆C的方程为=1.
解析
=1
8.已知椭圆=1(a>b>0),P为椭圆上一动点(不含左、右端点),左、右端点分别为A,B,kAP·kBP≤-,则离心率e的取值范围为 .
答案
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设P(x0,y0),x0≠±a,A(-a,0),B(a,0),∵点P在椭圆上,
∴=1,∴(a2-).
kAP·kBP=×=-,
由题意可知,-≤-≥≤,则e=∈.
解析
9.已知椭圆C:=1(a>b>0)经过点A(-2,0)且两个焦点及短轴两顶点围成四边形的面积为4,求椭圆C的标准方程和离心率.
由题意可得a=2,×2c×2b=4,
即bc=2,
又c2=a2-b2,
解得b=c=,
所以椭圆C的标准方程为=1,离心率e=.
解
答案
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10.如图,已知椭圆=1(a>b>0),F1,F2分别为椭
圆的左、右焦点,A为椭圆的上顶点,直线AF2交椭圆于另一点B.
(1)若∠F1AB=90°,求椭圆的离心率;
答案
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若∠F1AB=90°,则△AOF2为等腰直角三角形,
所以有OA=OF2,即b=c.
所以a=c,e=.
解
(2)若椭圆的焦距为2,且=2,求椭圆的标准方程.
答案
1
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由题意知A(0,b),F2(1,0),
设B(x,y),由=2,
解得x=,y=-.
代入=1,
得=1,即=1,解得a2=3,
又c2=1,所以b2=2,
所以椭圆的方程为=1.
解
11.(多选)F,A分别为椭圆的一个焦点和顶点,若椭圆的长轴长是6,且
cos∠OFA=,则椭圆的标准方程为
A.=1 B.=1
C.=1 D.=1
√
综合运用
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当焦点在x轴上时,
cos∠OFA=.
因为2a=6,所以a=3,c=2,
所以b2=a2-c2=9-4=5.所以椭圆方程为=1,
同理,当焦点在y轴上时,椭圆方程为=1.
解析
12.椭圆是日常生活中常见的图形,在圆柱形的玻璃杯中盛半杯水,将杯体倾斜一个角度,水面的边界即是椭圆.现有一高为12厘米,底面半径为3厘米的圆柱形玻璃杯,且杯中所盛水的体积恰为该玻璃杯容积的一半(玻璃厚度忽略不计),在玻璃杯倾斜的过程中(杯中的水不能溢出),杯中水面边界所形成的椭圆的离心率的取值范围是
A. B.
C. D.
√
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当玻璃杯倾斜至杯中水刚好不溢出时,水面边界所形成椭圆的离心率最大,此时椭圆长轴长为=6(厘米),短轴长为6厘米,
∴椭圆的离心率e=,
∴e的取值范围是.
解析
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13.古希腊数学家阿基米德利用“逼近法”得到椭圆的面积除以圆周率等于椭圆的长半轴长与短半轴长的乘积.若椭圆C的中心为原点,焦点F1,F2均在x轴上,C的面积为2π,过点F1的直线交C于点A,B,且△ABF2的周长为8,则C的标准方程为
A.+y2=1 B.=1
C.=1 D.=1
√
答案
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因为△ABF2的周长为8,
所以AB+AF2+BF2=8,所以AF1+BF1+AF2+BF2=8,即(AF1+AF2)+(BF1+BF2)=8,
由椭圆的定义可知,AF1+AF2=2a,BF1+BF2=2a,所以2a+2a=8,解得a=2,
由题意可得abπ=2π,解得b=,
因为椭圆的焦点在x轴上,
所以C的标准方程为=1.
解析
14.如图,把椭圆=1的长轴AB八等分,过每个
分点作x轴的垂线交椭圆的上半部分于P1,P2,…,P7七个点,F是椭圆的一个焦点,则P1F+P2F+P3F+…+P7F的值为 .
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设椭圆的另一个焦点为F',
由椭圆的几何性质可知P1F=P7F',
∴P1F+P7F=P7F'+P7F=2a,
同理可得P2F+P6F=P3F+P5F=2P4F=2a,又a=4,
故P1F+P2F+P3F+…+P7F=7a=28.
解析
15.阿基米德是古希腊著名的物理学家和数学家,他利用“逼近法”得到椭圆的面积除以圆周率π等于椭圆的长半轴长与短半轴长的乘积.已知椭
圆C:=1(a>b>0)的面积为6π,点P在椭圆C上,且P与椭圆上、下
顶点连线的斜率之积为-.记椭圆C的左、右焦点分别为F1,F2,则
△PF1F2的面积可能为 .
(写出满足条件的一个值)
拓广探究
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2(答案不唯一,在(0,2)内的任何数都可以)
答案
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由椭圆C:=1(a>b>0)的面积为6π,得πab=6π,解得ab=6,①
设点P(x0,y0),显然x0≠0,
由=1,得-b2=-,
椭圆C的上、下顶点坐标分别为(0,b),(0,-b),
则·=-=-,
即, ②
联立①②,解得a=3,b=2,半焦距c=,
解析
答案
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△PF1F2的面积×2c×|y0|=|y0|,
而y0∈(-2,2)且y0≠0,
因此∈(0,2),
所以△PF1F2的面积可能为2.
解析
16.若一个椭圆的焦距为素数(素数又叫质数,即大于1,只能被1和本身整除的自然数),且离心率的倒数也为素数,则称这样的椭圆为“朴素椭圆”.
(1)证明:椭圆=1为“朴素椭圆”;
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由已知椭圆=1,即=1,则a=,b=3,
则c=,
所以焦距2c=3,离心率e==5,
所以该椭圆的焦距为素数,离心率的倒数也为素数,该椭圆为“朴素椭圆”.
证明
(2)是否存在实数m,使得椭圆=1(0<m<36)为“朴素椭圆”?若存在,求m的值;若不存在,请说明理由.
答案
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椭圆=1(0<m<36)的焦距为2,
离心率e=,
若存在实数m,使得椭圆=1(0<m<36)为“朴素椭圆”,
则2均为素数,
又0<2<12,所以2=2,3,5,7,11,
即=1,,
则=6,4,,这些数都不是素数,
所以不存在实数m,使得椭圆=1(0<m<36)为“朴素椭圆”.
解
第3章 圆锥曲线与方程
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