内容正文:
2026-2027学年高二数学暑假班预修提升讲义【精英班课程】
专题2.2.2 椭圆的几何性质(1)
知识点一、椭圆的几何性质
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
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
长轴长=,短轴长=
焦点
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
焦距
|F1F2|=
对称性
对称轴x轴和y轴,对称中心(0,0)
离心率
e=(0<e<1)
【说明】
1. 椭圆的通径:过椭圆的焦点且垂直于长轴的弦叫作椭圆的通径,通径长为.
2. 焦半径:椭圆上的任一点P(x0,y0)与焦点F1 或F2之间的线段的长度叫作椭圆的焦半径. 记r1=PF1,r2=PF2,则
①当焦点在x轴上时,r1=a+ex0,r2=a-ex0;
②当焦点在y轴上时,r1=a+ey0,r2=a-ey0.
3. 焦点弦:过焦点的直线与椭圆相交形成的弦. 焦点弦中通径最短.
4.椭圆的焦点一定在它的长轴上.
5.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.
6.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.
知识点二、椭圆的离心率
1、定义:椭圆的焦距与长轴长的比称为椭圆的离心率.
2、性质:离心率e的范围是(0,1).当e越接近于1时,椭圆越扁;当e越接近于0时,椭圆就越接近于圆.
3、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.
知识点三、点P(x0,y0)与椭圆+=1(a>b>0)的位置关系
点P在椭圆上⇔+=1;
点P在椭圆内部⇔+<1;
点P在椭圆外部⇔+>1.
知识点一、椭圆的几何性质
题型一、由椭圆方程研究其几何性质
【例1】求下列椭圆的长轴长、短轴长、离心率、顶点坐标和焦点坐标:
(1); (2); (3); (4).
【例2】若椭圆与椭圆,则两椭圆必定( ).
A.有相等的长轴长 B.有相等的焦距
C.有相等的短轴长 D.长轴长与焦距之比相等
【跟踪训练】
1.已知椭圆与,则两个椭圆( )
A.有相同的长轴与短轴 B.有相同的焦距
C.有相同的焦点 D.有相同的离心率
2.曲线与曲线的( )
A.长轴长一定相等 B.短轴长一定相等
C.离心率一定相等 D.焦距一定相等
3.椭圆的长轴长与焦距之差等于( )
A. B. C. D.
4.椭圆的焦距为4,则的值为( )
A.12 B.4 C.12或4 D.10或6
题型二、由椭圆几何性质求标准方程
【例3】求满足下列条件的椭圆的标准方程.
(1)长轴在x轴上,长轴长为12,离心率为;
(2)椭圆过点,离心率;
(3)在x轴上的一个焦点与短轴上的两个顶点的连线互相垂直,且焦距为8;
(4)与椭圆有相同的焦点,且短轴长为2.
【例4】过点,焦点在x轴上且与椭圆有相同的离心率的椭圆方程为( )
A. B. C. D.
【跟踪训练】
1. 分别求出满足下列条件的椭圆的标准方程.
(1)短轴的一个端点到一个焦点的距离为5,焦点到椭圆中心的距离为3;
(2)离心率为,且经过点.
(3)已知椭圆的中心在原点,焦点在轴上,其离心率为,焦距为8;
(4)已知椭圆的离心率为,短轴长为.
2. 已知焦点在轴上的椭圆与椭圆:的离心率相同,且的长轴长比其短轴长大4,则的标准方程为( )
A.B.C. D.
3.焦点在轴上且中心为原点的椭圆与椭圆:离心率相同,且,在第一象限内公共点的横坐标为1,则的方程
题型三、利用椭圆的有界性求范围或最值
【例5】椭圆上的点的横、纵坐标的范围分别为( )
A. B.
C. D.
【例6】已知是椭圆上一点,,则的最小值为 .
【跟踪训练】
1.若椭圆的方程为,则椭圆上横坐标纵坐标的范围分别为: ;
2.已知椭圆,则椭圆上的点到点的距离的最大值是( )
A. B. C. D.
3.设,为椭圆:()的上、下焦点,若在椭圆上存在一点,,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
4.已知椭圆的焦点为,,椭圆上的动点坐标在第一象限,且为锐角,的取值范围为 .
题型四、椭圆的对称性及其应用
【例7】若点在椭圆上,则下列说法正确的是( )
A.点不在椭圆上 B.点不在椭圆上
C.点在椭圆上 D.无法判断上述点与椭圆的关系
【跟踪训练】
1.下面是关于曲线对称性的一些叙述:①关于x轴对称;②关于y轴对称;③关于原点对称;④关于直线对称. 其中正确叙述的个数为 ( )
A.1 B.2
C.3 D.4
2.已知分别为椭圆的左、右顶点,点在上,若是一内角为的等腰三角形,则( )
A. B.1 C. D.2
知识点二、椭圆的离心率
题型五、椭圆离心率的性质
【例8】下列四个椭圆中,形状与圆更接近的一个是( )
A. B.
C. D.
【例9】若椭圆:()与椭圆:()的焦距相等,给出如下四个结论:
①和一定有交点;
②若,则;
③若,则;
④设与在第一象限内相交于点,若,则.
其中,所有正确结论的序号是 .
题型六、求椭圆离心率的值
【例10】若椭圆满足,则该椭圆的离心率( )
A. B. C. D.
【例11】已知是椭圆的两个焦点,为上一点,且,,则的离心率为( )
A. B. C. D.
【例12】椭圆的两焦点为,若椭圆上存在点使为等腰直角三角形,则椭圆的离心率为( )
A. B. C.或 D.或
【例13】已知是椭圆的一个焦点,是短轴的一个端点,线段的延长线交椭圆于点,且,则椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
【跟踪训练】
1.已知椭圆的短轴长为2,焦距为,则该椭圆的离心率为_______
2.设椭圆的左,右焦点分别为,点P在C上,若,,则C的离心率为______
3.已知椭圆:()的左右焦点分别为,,点在上,点在轴上,,,则椭圆的离心率为 .
4.已知点F,A,B分别是椭圆的左焦点、右顶点和上顶点,AB的中点为M,若,则椭圆的离心率等于______
题型七、由椭圆的离心率求参数值
【例14】已知椭圆的离心率为,则椭圆的长轴长为______
【跟踪训练】
1.已知椭圆的离心率为,则椭圆的长轴长为______
2.已知椭圆的离心率为,则椭圆的长轴长为___________
3.若椭圆的离心率为,则实数的值为_______
题型八、求椭圆离心率的取值范围
【例15】已知点A、B为椭圆的长轴顶点,P为椭圆上一点,若直线PA,PB的斜率之积的范围为,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A.B.C. D.
【例16】已知、是椭圆的两个焦点,满足的点总在椭圆内部,则椭圆离心率的取值范围是( ).
A. B. C. D.
【例17】已知椭圆上存在点,使得,其中,分别为椭圆的左、右焦点,则该椭圆的离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
【例18】设分别是椭圆(a>b>0)的左、右焦点,若在直线上存在点P,使线段的中垂线过点,则椭圆离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
【跟踪训练】
1.已知点A、B为椭圆的长轴顶点,P为椭圆上一点,若直线PA,PB的斜率之积的范围为,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A.B.C. D.
2.已知椭圆:,是椭圆上的点,,是椭圆的左右焦点,若恒成立,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
3.设分别为椭圆的左、右焦点,若在直线(c为半焦距)上存在点P,使的长度恰好为椭圆的焦距,则椭圆离心率的取值范围为( )
A. B. C. D.
4.已知是椭圆的右焦点,若直线与x轴的交点为A,在椭圆上存在点P满足线段AP的垂直平分线过点F,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
5.已知椭圆的左、右焦点分别为,,半焦距为.在椭圆上存在点使得,则椭圆离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
6.已知椭圆的左右焦点为,,以为直径的圆与椭圆有四个交点,则椭圆离心率的范围为( ).
A. B. C. D.
知识点三、点和椭圆的位置关系
题型九、点与椭圆的位置关系
【例19】点P(4cosα,2sinα)(α∈R)与椭圆C:+=1的位置关系是( )
A.点P在椭圆C上 B.点P与椭圆C的位置关系不能确定,与α的取值有关
C.点P在椭圆C内 D.点P在椭圆C外
【例20】点在椭圆的外部,则a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【跟踪训练】
1.点与椭圆的位置关系为( )
A.点在椭圆上 B.点在椭圆内 C.点在椭圆外 D.不确定
2.点在椭圆的内部,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
题型十、综合提升
【例21】如图是一个椭圆形拱桥,当水面在处时,在如图所示的截面里,桥洞与其倒影恰好构成一个椭圆.此时拱顶离水面,水面宽,那么当水位上升时,水面宽度为( )
A. B. C. D.
【例22】如图,都是椭圆的顶点,从上一点向轴作垂线,垂足为焦点,且.
(1)求的离心率;
(2)若的面积比的面积大,求的方程.
【跟踪训练】
1.油纸伞是中国传统工艺品,至今已有1000多年的历史,为宣传和推广这一传统工艺,北京市文化宫开展油纸伞文化艺术节活动中,某油纸伞撑开后摆放在户外展览场地上,如图所示,该伞伞沿是一个半径为2的圆,圆心到伞柄底端距离为2,当阳光与地面夹角为时,在地面形成了一个椭圆形影子,且伞柄底端正好位于该椭圆的长轴上,若该椭圆的离心率为e,则( )
A. B. C. D.
2.如图,某隧道设计为双向四车道,车道总宽20米,要求通行车辆限高5米,隧道全长2500米.隧道的两侧是与地面垂直的墙,高度为3米,隧道上部拱线近似地看成半个椭圆.
(1)若最大拱高为6米,则隧道设计的拱宽是多少?(结果精确到0.1米)
(2)若要使隧道上方半椭圆部分的土方工程量最小,则应如何设计拱高和拱宽?(结果精确到0.1米)
以下结论可以直接使用:①椭圆的面积公式.
②柱体的体积为底面积乘以高,,.
3.已知在椭圆上,分别为的左、右焦点.
(1)求椭圆的离心率;
(2)若动点均在上,且在轴的两侧,求四边形的周长.
一、填空题
1.椭圆的短半轴的长为_______
2.椭圆的焦点坐标为_______
3.若椭圆:的短轴的一个端点为,则椭圆的长轴长为______
4.若椭圆的离心率为,则椭圆的长轴长为 .
5.国家体育场(鸟巢),位于北京奥林匹克公园中心区南部,为2008年北京奥运会的主体育场.某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,扁平程度相同的椭圆,已知小椭圆的短轴长为,长轴长为,大椭圆的短轴长为,则大椭圆的长轴长为________
6.焦点在轴上,长轴长为10,离心率为的椭圆的标准方程为________
7.已知焦点在y轴上的椭圆的离心率为,焦距为,则该椭圆的方程为_______
8.已知椭圆:的离心率为,,分别为的左、右焦点,为上一点,若的面积等于2,且,则的方程为________
9.已知椭圆的离心率为是椭圆的左、右焦点,为椭圆的上顶点,为线段的中点,直线与椭圆交于两点,若的周长为16,则椭圆的标准方程为 .
10.若椭圆比椭圆更扁,则椭圆的长轴长的取值范围是 .
11.已知右焦点为的椭圆:上的三点,,满足直线过坐标原点,若于点,且,则的离心率是_______
12.设椭圆的左、右焦点分别为,点在上(位于第一象限),且点关于原点对称,若,则的离心率为________
二、选择题
13.若为椭圆上的一点,,分别是椭圆的左、右焦点,则的最大值为( )
A. B. C. D.
14.下列结论正确的是( )
A.与有相同的离心率 B.与有相同的焦点
C.与有相同的顶点 D.与有相同的离心率
15.点在椭圆的外部,则a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
16.设,分别是椭圆的左、右焦点,过作轴的垂线与椭圆交于,两点,若为钝角三角形,则离心率的取值范围为( )
A. B. C. D.
三、解答题
17. 求椭圆的长轴和短轴的长、焦距、离心率、焦点和顶点坐标
18.分别求满足下列各条件的椭圆的标准方程.
(1)已知椭圆的离心率为,短轴长为;
(2)椭圆与有相同的焦点,且经过点.
19.(1)求与椭圆的焦点相同,且经过点的椭圆的标准方程.
(2)求与椭圆离心率相同,且经过点的椭圆的标准方程.
20.已知圆M:,点,P是圆M一动点,若线段PN的垂直平分线与PM交于点Q.
(1)求点Q的轨迹方程C;
(2)若点A是曲线C上的动点,求的最大值(其中O为坐标原点).
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2026-2027学年高二数学暑假班预修提升讲义【精英班课程】
专题2.2.2 椭圆的几何性质(1)
知识点一、椭圆的几何性质
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
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
长轴长=,短轴长=
焦点
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
焦距
|F1F2|=
对称性
对称轴x轴和y轴,对称中心(0,0)
离心率
e=(0<e<1)
1. 椭圆的通径:过椭圆的焦点且垂直于长轴的弦叫作椭圆的通径,通径长为.
2. 焦半径:椭圆上的任一点P(x0,y0)与焦点F1 或F2之间的线段的长度叫作椭圆的焦半径. 记r1=PF1,r2=PF2,则
①当焦点在x轴上时,r1=a+ex0,r2=a-ex0;
②当焦点在y轴上时,r1=a+ey0,r2=a-ey0.
3. 焦点弦:过焦点的直线与椭圆相交形成的弦. 焦点弦中通径最短.
4.椭圆的焦点一定在它的长轴上.
5.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.
6.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.
知识点二、椭圆的离心率
1、定义:椭圆的焦距与长轴长的比称为椭圆的离心率.
2、性质:离心率e的范围是(0,1).当e越接近于1时,椭圆越扁;当e越接近于0时,椭圆就越接近于圆.
3、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.
知识点三、点P(x0,y0)与椭圆+=1(a>b>0)的位置关系
点P在椭圆上⇔+=1;
点P在椭圆内部⇔+<1;
点P在椭圆外部⇔+>1.
知识点一、椭圆的几何性质
题型一、由椭圆方程研究其几何性质
【例1】求下列椭圆的长轴长、短轴长、离心率、顶点坐标和焦点坐标:
(1); (2); (3); (4).
【答案】(1)长轴长为,短轴长为,离心率为,
顶点坐标为,焦点坐标为;
(2)长轴长为,短轴长为,离心率为,
顶点坐标为,焦点坐标为;
(3)长轴长为10,短轴长为8,离心率为,
顶点坐标为,焦点坐标为;
(4)长轴长为8,短轴长为4,离心率为,
顶点坐标为,焦点坐标为.
【解析】(1)由椭圆方程知,,
所以椭圆的长轴长为,短轴长为,离心率为,
顶点坐标为,焦点坐标为;
(2)由椭圆方程知,,
所以椭圆的长轴长为,短轴长为,离心率为,
顶点坐标为,焦点坐标为;
(3)椭圆方程可变形为,所以,
所以椭圆的长轴长为10,短轴长为8,离心率为,
顶点坐标为,焦点坐标为;
(4)椭圆方程可变形为,所以,
所以椭圆的长轴长为8,短轴长为4,离心率为,
顶点坐标为,焦点坐标为.
【例2】若椭圆与椭圆,则两椭圆必定( ).
A.有相等的长轴长 B.有相等的焦距
C.有相等的短轴长 D.长轴长与焦距之比相等
【答案】B
【解析】椭圆,可知,,,
长轴长是10,短轴长是6;焦距是8;焦点坐标是;离心率是:.
椭圆中,
,,,
长轴长是,短轴长是;焦距是8;焦点坐标是;离心率是.
椭圆与椭圆关系为有相等的焦距.
故选:B.
【跟踪训练】
1.已知椭圆与,则两个椭圆( )
A.有相同的长轴与短轴 B.有相同的焦距
C.有相同的焦点 D.有相同的离心率
【答案】D
【解析】将椭圆方程整理得,
其焦点在轴上,,,则,所以.
将椭圆方程整理得,其焦点在轴上,,,
则,所以,
故选:D.
2.曲线与曲线的( )
A.长轴长一定相等 B.短轴长一定相等
C.离心率一定相等 D.焦距一定相等
【答案】D
【解析】对于曲线:,
对于曲线:,
所以它们的长轴不一定相等,短轴不一定相等,离心率不一定相等,焦距一定相等.故选:D
3.椭圆的长轴长与焦距之差等于( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据椭圆的标准方程求出,再求长轴长与焦距之差.
【详解】由题得,,所以,,
所以长轴长,焦距,
所以长轴长与焦距之差等于 .
故选:B
4.椭圆的焦距为4,则的值为( )
A.12 B.4 C.12或4 D.10或6
【答案】C
【分析】根据椭圆焦点的位置进行分类讨论,利用标准方程确定的值,进而解得的值.
【详解】由题意得,,,则,即,
当椭圆的焦点在轴上时,有,解得,
当椭圆的焦点在轴上时,有,解得,
综上所述,或,
题型二、由椭圆几何性质求标准方程
【例3】求满足下列条件的椭圆的标准方程.
(1)长轴在x轴上,长轴长为12,离心率为;
(2)椭圆过点,离心率;
(3)在x轴上的一个焦点与短轴上的两个顶点的连线互相垂直,且焦距为8;
(4)与椭圆有相同的焦点,且短轴长为2.
【答案】(1);(2)或;(3);(4).
【解析】(1)由题意,可知,,得,,从而,
又长轴在x轴上,故所求椭圆的标准方程为.
(2)若焦点在x轴上,则,由,得,所以,
此时椭圆的标准方程为,
若焦点在y轴上,则,由,得,
此时椭圆的标准方程为,故椭圆的标准方程为或.
(3)分析知,,故椭圆的标准方程为.
(4)椭圆可化为,可知焦点在y轴上,焦点坐标为,
故可设所求椭圆的方程为,
则,又,即,所以,
则所求椭圆的标准方程为.
【例4】过点,焦点在x轴上且与椭圆有相同的离心率的椭圆方程为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】因为所求椭圆与椭圆有相同的离心率,
可设所求椭圆的方程为,
又由椭圆过点,代入椭圆的方程,可得,解得,
即所求椭圆的方程为,即.故选:D.
【跟踪训练】
1. 分别求出满足下列条件的椭圆的标准方程.
(1)短轴的一个端点到一个焦点的距离为5,焦点到椭圆中心的距离为3;
(2)离心率为,且经过点.
(3)已知椭圆的中心在原点,焦点在轴上,其离心率为,焦距为8;
(4)已知椭圆的离心率为,短轴长为.
【答案】(1)或.(2)或.
(3),(4)或.
【分析】(1)根据椭圆的几何性质直接写出a,c的值,然后求出b的值即可写出椭圆的标准方程;
(2)根据离心率可设,,对椭圆焦点的位置进行分类讨论写出其标准方程即可.
(3)根据焦距得到,再根据离心率得到,则得到标准方程;
(4)根据短轴长求出,再分两种情况写出椭圆方程即可.
【解析】(1)由题意知,,所以,
又焦点所在坐标轴可为x轴,也可为y轴,
故椭圆的标准方程为或.
(2)由题意可得,设,,,则.
又椭圆经过的点为其顶点,
故若点为长轴顶点,则,,椭圆的标准方程为;
若点为短轴顶点,则,,椭圆的标准方程为.
(3)设椭圆的标准方程为,
由题意知,,,
,
,从而,
椭圆的标准方程是.
(4)设椭圆的标准方程为或,
由得,
又,,
所以,,
所以椭圆的标准方程为或.
2. 已知焦点在轴上的椭圆与椭圆:的离心率相同,且的长轴长比其短轴长大4,则的标准方程为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】求出椭圆的离心率,设椭圆的标准方程为,根据已知列方程即可.
【解析】设焦点在轴上的椭圆:,
由已知得,即①,
又椭圆:的离心率为,所以②,
①②联立解得,,
所以椭圆的标准方程为.
故选:C.
3.焦点在轴上且中心为原点的椭圆与椭圆:离心率相同,且,在第一象限内公共点的横坐标为1,则的方程
【答案】
【解析】椭圆中,,故椭圆的离心率为,
中,令得,
故,在第一象限内公共点的坐标为,
设,将代入可得,
又,解得,,
故答案为:.
题型三、利用椭圆的有界性求范围或最值
【例5】椭圆上的点的横、纵坐标的范围分别为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】先将方程化为标准方程,然后根据椭圆的性质分析判断
【解析椭圆上,
所以.
故选:C.
【例6】已知是椭圆上一点,,则的最小值为 .
【答案】
【分析】根据两点距离公式,结合二次函数的性质即可求解.
【解析】设,
所以,
由于,故当,取最小值,
故答案为:
【跟踪训练】
1.若椭圆的方程为,则椭圆上横坐标纵坐标的范围分别为: ;
【答案】,
【分析】略
【解析】略
2.已知椭圆,则椭圆上的点到点的距离的最大值是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据点点距离公式即可结合二次函数的性质求解.
【解析】设是椭圆上的一个动点,则,,
由于,故当时,取最大值,
故选:C
3.设,为椭圆:()的上、下焦点,若在椭圆上存在一点,,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】由椭圆的性质知:当在椭圆左右顶点时最大,
∴椭圆上存在一点使,只需在椭圆左右顶点时,
此时,,即,又,
∴,解得,又,
∴.
故选:C.
4.已知椭圆的焦点为,,椭圆上的动点坐标在第一象限,且为锐角,的取值范围为 .
【答案】
【分析】由已知可得P在以O为圆心,半径为c的圆的外部,写出圆的方程,与椭圆方程联立,消去y求得交点的横坐标,然后可得答案.
【解析】由已知可得P在以O为圆心,半径为c的圆的外部,,
所以该圆的方程为:,
由,消去y得:解得,
又∵P在椭圆上,且由为锐角,可知P不在x轴上,
由于的左右顶点横坐标分别为-3和3,
∴为使为锐角,
的取值范围是
又动点坐标在第一象限,
故答案为:.
题型四、椭圆的对称性及其应用
【例7】若点在椭圆上,则下列说法正确的是( )
A.点不在椭圆上 B.点不在椭圆上
C.点在椭圆上 D.无法判断上述点与椭圆的关系
【答案】C
【分析】根据椭圆的对称性可判断.
【解析】点与点关于原点对称,
点与关于轴对称,
点与关于轴对称,
若点在椭圆上,根据椭圆的对称性,,,三点都在椭圆上,
故选:C.
【跟踪训练】
1.下面是关于曲线对称性的一些叙述:①关于x轴对称;②关于y轴对称;③关于原点对称;④关于直线对称. 其中正确叙述的个数为 ( )
A.1 B.2
C.3 D.4
【答案】C
【分析】将曲线方程化为,结合椭圆对称性判断①②③,根据直线对称的特征判断④.
【解析】曲线方程可化为,故该曲线为焦点在y轴上的椭圆,
由椭圆的性质,知该曲线关于x轴对称、y轴对称、原点对称.
将曲线方程中的x换成y,y换成x,得,与原曲线方程不同,
故该曲线不关于直线对称.
即正确的为①②③,④错误.
故选:C.
2.已知分别为椭圆的左、右顶点,点在上,若是一内角为的等腰三角形,则( )
A. B.1 C. D.2
【答案】C
【分析】由已知得出点位置,根据已知在中求解,即可得出答案.
【解析】
由已知是等腰三角形结合椭圆的对称性可知,为的上或下顶点,且,所以.
不妨设为的上顶点,则,
所以.
故选:C.
知识点二、椭圆的离心率
题型五、椭圆离心率的性质
【例8】下列四个椭圆中,形状与圆更接近的一个是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】由椭圆的性质知,离心率越小,椭圆越接近圆,离心率越大,椭圆越扁,
四个椭圆的离心率分别为,,,,其中离心率最小的为,
所以椭圆的形状与圆更接近.故选:C.
【例9】若椭圆:()与椭圆:()的焦距相等,给出如下四个结论:
①和一定有交点;
②若,则;
③若,则;
④设与在第一象限内相交于点,若,则.
其中,所有正确结论的序号是 .
【答案】②④
【解析】通过时的图像可知和没有交点,根据两椭圆相同,结合,得到,根据分析法得到所需条件与矛盾,根据椭圆对称性,结合得到两椭圆之间离心率的关系,从而得到.
【解析】对于结论①,当时,椭圆的图像完全在椭圆的内部,
此时和没有交点,所以①错误;
对于结论②,因为两椭圆的焦距相等,即相等,可得,
因为,所以得到
由可得,
所以得到,
所以得到,所以②正确;
对于结论③,由可得,
即,即,
从而得到,与条件中的矛盾,
所以③错误;
对于结论④,因为两椭圆的相同,若两椭圆的离心率相同,
则根据对称性可知,两椭圆在第一象限的交点,其横纵坐标应相等,
而此时与在第一象限内相交于点,,
则椭圆更接近圆,或椭圆更扁,即,
所以,得到,
所以④正确.
故答案为:②④.
【点睛】本题考查焦距相等的椭圆间的关系,椭圆的几何性质,根据椭圆的形状判断离心率的大小,考查了化归与转化的思想,属于中档题.
题型六、求椭圆离心率的值
【例10】若椭圆满足,则该椭圆的离心率( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由椭圆离心率的公式计算.
【详解】椭圆满足,
则该椭圆的离心率.
故选:B.
【例11】已知是椭圆的两个焦点,为上一点,且,,则的离心率为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】在椭圆中,由椭圆的定义可得,
因为,所以,在中,,
由余弦定理得,
即所以所以的离心率.
故选:C
【例12】椭圆的两焦点为,若椭圆上存在点使为等腰直角三角形,则椭圆的离心率为( )
A. B. C.或 D.或
【答案】C
【解析】当时,为等腰直角三角形,则点位于椭圆的上下顶点,则满足:,
当或者时,此时 ,为等腰直角三角形,则满足 ,
故 ,
故选:C
【例13】已知是椭圆的一个焦点,是短轴的一个端点,线段的延长线交椭圆于点,且,则椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】不妨设椭圆方程为,椭圆另一焦点为,
由于是短轴的一个端点,所以,
又,所以,
由椭圆定义可得,
由于,所以,
故,
即,解得,故选:A
【跟踪训练】
1.已知椭圆的短轴长为2,焦距为,则该椭圆的离心率为_______
【分析】由题求出b、c、a,即可求出离心率.
【详解】由题的,
所以,
所以离心率为,
2.设椭圆的左,右焦点分别为,点P在C上,若,,则C的离心率为______
【分析】在直角三角形中,,得,由,得,进行求解即可.
【详解】解:如图:
因为,所以,
则在直角三角形中,,
得,
由,得,
即椭圆的离心率为:.
3.已知椭圆:()的左右焦点分别为,,点在上,点在轴上,,,则椭圆的离心率为 .
【答案】/
【分析】利用椭圆的定义,通过假设一条焦半径长,就可以得到其他焦半径的表示,再利用勾股定理来消元假设的字母,最后利用一个角和余弦定理来建立一个的齐次式,求解离心率.
【详解】令椭圆:()的半焦距为,
设,则,由点在轴上,
,得,
而,,因此,
即,解得,
在中,,
在中,由余弦定理得,
即,
整理得,而,
所以椭圆的离心率为.
故答案为:.
4.已知点F,A,B分别是椭圆的左焦点、右顶点和上顶点,AB的中点为M,若,则椭圆的离心率等于______
【分析】根据题意,作出图形,取的中点,连接,分别求出和,利用余弦定理即可求得离心率.
【详解】如图,取的中点,连接,则易得,,
在中,,则,又,
在中,由余弦定理,,
即,整理得,,
解得或(舍去),则.
题型七、由椭圆的离心率求参数值
【例14】已知椭圆的离心率为,则椭圆的长轴长为______
【分析】首先得到,即可求出,再由离心率公式求出,最后再求出长轴长.
【详解】因为,
依题意可得,
所以,
则离心率,解得,则,
所以椭圆的长轴长为.
【跟踪训练】
1.已知椭圆的离心率为,则椭圆的长轴长为______
【分析】由离心率公式首先求得参数的值,进一步可得以及长轴长.
【详解】因为方程表示椭圆,所以,
从而,解得,
所以,则椭圆的长轴长为.
2.已知椭圆的离心率为,则椭圆的长轴长为___________
【分析】根据离心率的公式,求解,再根据方程求椭圆的长轴长.
【详解】由条件可知,,,则,
由条件可知,,得,
所以,椭圆的长轴长.
3.若椭圆的离心率为,则实数的值为_______
【答案】,
【分析】分焦点在轴上和轴上两种情况讨论,再根据条件即可求出结果.
【详解】因为椭圆的离心率为,
当焦点在轴上时,即,得到,由,解得;
当焦点在轴上时,即,得到,由,解得.
题型八、求椭圆离心率的取值范围
【例15】已知点A、B为椭圆的长轴顶点,P为椭圆上一点,若直线PA,PB的斜率之积的范围为,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A.B.C. D.
【答案】A
【解析】由题得:,所以
故选:A.
【例16】已知、是椭圆的两个焦点,满足的点总在椭圆内部,则椭圆离心率的取值范围是( ).
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据平面向量数量积的坐标表示公式,结合点在椭圆内部的特点、椭圆离心率公式进行求解即可.
【详解】根据椭圆的对称性,不妨设焦点在横轴上的椭圆标准方程为:,
设,设,
,
点在椭圆内部,有,
要想该不等式恒成立,只需,
而,
故选:B
【例17】已知椭圆上存在点,使得,其中,分别为椭圆的左、右焦点,则该椭圆的离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】由椭圆的定义得,又∵,∴,,
而,当且仅当点在椭圆右顶点时等号成立,
即,即,
则,即.故选:D.
【例18】设分别是椭圆(a>b>0)的左、右焦点,若在直线上存在点P,使线段的中垂线过点,则椭圆离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用中垂线的性质列出关于的方程,再转化为关于的方程即可.
【详解】由题知,如图所示:
设P,F1(-c,0),F2(c,0),
由线段PF1的中垂线过点F2得|PF2|=|F1F2|,
即=2c,
得m2=4c2-=-+2a2+3c2≥0,
即3c4+2a2c2-a4≥0,得3e4+2e2-1≥0,解得e2≥,
又0<e<1,所以≤e<1.
故选:D.
【跟踪训练】
1.已知点A、B为椭圆的长轴顶点,P为椭圆上一点,若直线PA,PB的斜率之积的范围为,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A.B.C. D.
【答案】A
【解析】由题得:,所以
故选:A.
2.已知椭圆:,是椭圆上的点,,是椭圆的左右焦点,若恒成立,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】设,则,,,
,
因为,所以,又,
所以时,取得最大值,
恒成立,则,变形得,
又,故解得.故选:D.
3.设分别为椭圆的左、右焦点,若在直线(c为半焦距)上存在点P,使的长度恰好为椭圆的焦距,则椭圆离心率的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】如图所示,椭圆,可得焦距,
因为在直线上存在点P,使的长度恰好为椭圆的焦距,
可得,即,可得,即,解得
又因为椭圆的离心率,所以.故选:B.
4.已知是椭圆的右焦点,若直线与x轴的交点为A,在椭圆上存在点P满足线段AP的垂直平分线过点F,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】由题意,椭圆上存在点P,使得线段AP的垂直平分线过点F,即F点到P点与A点的距离相等,
又|FA|= ,
,
,又,
∴.
故选:D.
5.已知椭圆的左、右焦点分别为,,半焦距为.在椭圆上存在点使得,则椭圆离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由正弦定理及椭圆定义得 ,得,结合,得关于的不等式,从而求出的范围.
【详解】由,得 ,得,
又,则,
∴,即,
又,∴.
故选:B.
6.已知椭圆的左右焦点为,,以为直径的圆与椭圆有四个交点,则椭圆离心率的范围为( ).
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】因为以为直径的圆与椭圆有四个交点,
所以,即,,,
所以,即,
又因为,所以椭圆离心率的取值范围为.故选:A.
知识点三、点和椭圆的位置关系
题型九、点与椭圆的位置关系
【例19】点P(4cosα,2sinα)(α∈R)与椭圆C:+=1的位置关系是( )
A.点P在椭圆C上 B.点P与椭圆C的位置关系不能确定,与α的取值有关
C.点P在椭圆C内 D.点P在椭圆C外
【答案】D
【解析】把点P(2cosα,sinα)(α∈R)代入椭圆方程
左边为+=4(cos2α+sin2α)=4>1,
因此点P在椭圆外.故选:D.
【例20】点在椭圆的外部,则a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】因为点在椭圆的外部,
所以,解得,故选:B.
【跟踪训练】
1.点与椭圆的位置关系为( )
A.点在椭圆上 B.点在椭圆内 C.点在椭圆外 D.不确定
【答案】B
【分析】将点代入椭圆即可求解.
【详解】由于,所以在内,
故选:B
2.点在椭圆的内部,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由题意可得,解不等式即可得解.
【详解】因为点在椭圆的内部,所以有,即,
解得,则的取值范围是.
故选:B.
【点睛】本题考查点与椭圆的位置关系,侧重考查对基础知识的理解和掌握,属于常考题.
题型十、综合提升
【例21】如图是一个椭圆形拱桥,当水面在处时,在如图所示的截面里,桥洞与其倒影恰好构成一个椭圆.此时拱顶离水面,水面宽,那么当水位上升时,水面宽度为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据题意可得桥洞与其倒影恰好构成的椭圆方程为:,求直线被椭圆所截得的弦长,代入椭圆方程即可求解.
【解析】以图中水面所在的直线为轴,水面的垂直平分线所在直线为轴,建立平面直角坐标系,根据已知条件可知:桥洞与其倒影恰好构成的椭圆方程为:,
当水位上升时,水面的宽度也即当时,直线被椭圆所截的弦长.
把代入椭圆方程可得:,
所以当水位上升时,水面的宽度为,
故选:.
【例22】如图,都是椭圆的顶点,从上一点向轴作垂线,垂足为焦点,且.
(1)求的离心率;
(2)若的面积比的面积大,求的方程.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)由题意可得,求出,,又,即可得到,,进而求出离心率;
(2)由题意,,结合图形可得,解得,,得出椭圆方程.
【详解】(1)由题意可得,
,.
由,,解得,,
故椭圆的离心率为.
(2)由题意,
又因为,,
所以,
化简得
又因为,
所以,
解得,,
所以椭圆.
【点睛】关键点点睛:解题的关键点是应用转化思想注意图形特征得出,再结合已知化简计算求解得出,即可.
【跟踪训练】
1.油纸伞是中国传统工艺品,至今已有1000多年的历史,为宣传和推广这一传统工艺,北京市文化宫开展油纸伞文化艺术节活动中,某油纸伞撑开后摆放在户外展览场地上,如图所示,该伞伞沿是一个半径为2的圆,圆心到伞柄底端距离为2,当阳光与地面夹角为时,在地面形成了一个椭圆形影子,且伞柄底端正好位于该椭圆的长轴上,若该椭圆的离心率为e,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据题意先求得短半轴长,再根据正弦定理求得,进而根据离心率的公式求解即可
【解析】因伞柄底端正好位于该椭圆的长轴上,
由图可知,椭圆的短半轴长,
在中,,
由正弦定理得:
,
所以,
故选:D.
2.如图,某隧道设计为双向四车道,车道总宽20米,要求通行车辆限高5米,隧道全长2500米.隧道的两侧是与地面垂直的墙,高度为3米,隧道上部拱线近似地看成半个椭圆.
(1)若最大拱高为6米,则隧道设计的拱宽是多少?(结果精确到0.1米)
(2)若要使隧道上方半椭圆部分的土方工程量最小,则应如何设计拱高和拱宽?(结果精确到0.1米)
以下结论可以直接使用:①椭圆的面积公式.
②柱体的体积为底面积乘以高,,.
【解题思路】(1)建立直角坐标系,设椭圆方程为,依题意可得,将点代入椭圆方程,即可求解;
(2)由点在椭圆上或在椭圆内得,利用基本不等式即可求出半椭圆的面积的最小值,从而得解.
【解答过程】(1)如图建立平面直角坐标系,
依题意可得点在椭圆上,
又,将点代入椭圆方程得,解得,
此时,
因此隧道设计的拱宽约为米;
(2)设隧道上方半椭圆部分的面积为,
由椭圆方程且点在椭圆上或椭圆内部,得,
因为,即,当且仅当时取等号,
所以,
由于隧道长度为米,故隧道上方半椭圆部分的土方工程量,
当取得最小值时,有且,得,,
此时,,
即拱高和拱宽,隧道上方半椭圆部分的土方工程量最小.
3.已知在椭圆上,分别为的左、右焦点.
(1)求椭圆的离心率;
(2)若动点均在上,且在轴的两侧,求四边形的周长.
【解题思路】(1)把给定点的坐标代入椭圆方程,建立方程组并求解即得.
(2)根据给定条件,利用椭圆定义计算即得.
【解答过程】(1)由点在椭圆上,
得,解得,则半焦距,
所以的离心率为.
(2)因为动点均在上,且在轴的两侧,
所以由椭圆的定义得,四边形的周长为.
一、填空题
1.椭圆的短半轴的长为_______
【解析】由,可得椭圆标准方程为,
即,所以短半轴长为.
2.椭圆的焦点坐标为_______
【解析】由题设,故椭圆的焦点在轴上,且,
所以焦点坐标为.
3.若椭圆:的短轴的一个端点为,则椭圆的长轴长为______
【分析】由题意可知椭圆焦点在轴上,将端点代入椭圆方程即可求解.
【解析】由题意知C的焦点在x轴上,椭圆C的标准方程为,且,
所以,所以C的方程为,所以其长轴长为.
4.若椭圆的离心率为,则椭圆的长轴长为 .
【答案】或
【分析】根据题意,分类讨论和两种情况,结合椭圆方程的性质与离心率公式求解即可.
【详解】因为椭圆的离心率为,易知,
当时,椭圆焦点在轴上,,,
所以,解得,则,所以椭圆的长轴长为.
当时,椭圆焦点在轴上,,,
所以,得,满足题意,
此时,所以椭圆的长轴长为.
故答案为:或.
5.国家体育场(鸟巢),位于北京奥林匹克公园中心区南部,为2008年北京奥运会的主体育场.某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,扁平程度相同的椭圆,已知小椭圆的短轴长为,长轴长为,大椭圆的短轴长为,则大椭圆的长轴长为________
【分析】由两椭圆扁平程度相同可得两椭圆的离心率相等,由条件可求小椭圆的离心率,设大椭圆的长轴长为,根据离心率的定义列方程可求,由此可得结论.
【解析】由大椭圆和小椭圆的扁平程度相同,可得两椭圆的离心率相同.
由小椭圆的短轴长为,长轴长为,可得其焦距长为,故离心率.
设大椭圆的长轴长为,又大椭圆的短轴长为,
所以,解得,
故大椭圆的长轴长为.
6.焦点在轴上,长轴长为10,离心率为的椭圆的标准方程为________
【解析】因为长轴长为,故长半轴长,因为,所以半焦距,
故,
又焦点在轴上,所以椭圆的标准方程为.
7.已知焦点在y轴上的椭圆的离心率为,焦距为,则该椭圆的方程为_______
【解析】设椭圆的标准方程为,焦距为,
由得,由得,
故,
所以该椭圆的方程为.
8.已知椭圆:的离心率为,,分别为的左、右焦点,为上一点,若的面积等于2,且,则的方程为________
【分析】利用椭圆离心率,可设,,在中结合余弦定理,面积公式可以求出,进而求出椭圆方程.
【解析】因为椭圆离心率为,故可设,,
则椭圆的方程为.
由椭圆的定义可知,,
在中,,
由余弦定理可知,
所以,
即,
所以,
又因为,,
所以,
所以,
解得,
所以椭圆的方程为.
9.已知椭圆的离心率为是椭圆的左、右焦点,为椭圆的上顶点,为线段的中点,直线与椭圆交于两点,若的周长为16,则椭圆的标准方程为 .
【答案】
【解析】设椭圆的焦距为,
由题意有,有,
所以,可得为等边三角形,
又为线段的中点,可得是线段的垂直平分线,
所以,
又的周长为16,有,所以,
所以椭圆的标准方程为.
故答案为:
10.若椭圆比椭圆更扁,则椭圆的长轴长的取值范围是 .
【答案】
【解析】由椭圆可得其离心率,
由椭圆可得其离心率为,
由于比椭圆更扁,
故的离心率满足,即,解得,
故长轴长为.
故答案为:.
11.已知右焦点为的椭圆:上的三点,,满足直线过坐标原点,若于点,且,则的离心率是_______
【分析】根据椭圆的对称性,结合平行四边形的判定定理和性质、椭圆的定义、勾股定理、椭圆的离心率公式进行求解即可.
【详解】设椭圆左焦点为,连接 ,,,
设,,结合椭圆对称性得,
由椭圆定义得,,则.
因为,,
则四边形为平行四边形,
则,而,故,
则,即,
整理得,在中,,
即,即,
∴,故.
【点睛】关键点睛:本题的关键是利用椭圆的对称性和定义.
12.设椭圆的左、右焦点分别为,点在上(位于第一象限),且点关于原点对称,若,则的离心率为________
【解析】由点关于原点对称,得线段互相平分,则四边形为平行四边形,
由,得,
则是矩形,,,
设,由,得,
由,得,整理得,
而
所以的离心率.
二、选择题
13.若为椭圆上的一点,,分别是椭圆的左、右焦点,则的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】易知当点为椭圆与轴的交点时,最大,
因为椭圆方程为,所以、,
此时,,
所以,
所以为等腰直角三角形,所以.
故选:D
14.下列结论正确的是( )
A.与有相同的离心率 B.与有相同的焦点
C.与有相同的顶点 D.与有相同的离心率
【答案】B
【解析】A:离心率为;离心率为,离心率不同,错误;
B:焦点为;焦点为,焦点相同,正确;
C:顶点为;顶点为,顶点不同,错误;
D:离心率为;离心率为,离心率不同,错误.
故选:B
15.点在椭圆的外部,则a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】因为点在椭圆的外部,
所以,解得,
故选:B.
16.设,分别是椭圆的左、右焦点,过作轴的垂线与椭圆交于,两点,若为钝角三角形,则离心率的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据题意,得到,得到,转化为,进而求得椭圆的离心率的取值范围.
【详解】由,分别是椭圆的左、右焦点,过作轴的垂线与椭圆交于两点,
可得,即,
因为为钝角三角形,则,可得,即,即,
又因为,可得,即,
即,且,解得,
即椭圆的离心率的取值范围为.
故选:A.
三、解答题
17. 求椭圆的长轴和短轴的长、焦距、离心率、焦点和顶点坐标
【答案】答案见解析
【分析】将椭圆方程化为标准方程,求出、、的值,可写出椭圆的长轴和短轴的长、焦距、离心率、焦点和顶点坐标;
【解析】椭圆的标准方程为,,,,
该椭圆的长轴长为,短轴长为,焦距为,离心率为,
焦点坐标为、,顶点坐标为、、、,
18.分别求满足下列各条件的椭圆的标准方程.
(1)已知椭圆的离心率为,短轴长为;
(2)椭圆与有相同的焦点,且经过点.
【答案】(1)或;
(2).
【分析】(1)由题意得,解出该方程组即可由椭圆焦点在x轴上或在y轴上得解;
(2)先求出椭圆焦点即可得椭圆焦点坐标为,进而可设圆方程为且,解出和即可得解.
【详解】(1)由题得,
所以椭圆的标准方程为或.
(2)椭圆满足,故该椭圆焦点坐标为,
因为椭圆与有相同的焦点,且经过点,
所以可设椭圆方程为,且,解得,
故,解得(舍去)或,故.
所以椭圆的标准方程为.
19.(1)求与椭圆的焦点相同,且经过点的椭圆的标准方程.
(2)求与椭圆离心率相同,且经过点的椭圆的标准方程.
【答案】(1);(2)或
【解析】(1)椭圆焦点为,设所求椭圆的标准方程为且,
由点在椭圆上,得,整理得,
而,解得,所以所求椭圆的标准方程为.
(2)椭圆离心率,
令所求椭圆的长短半轴长分别为,则,,
当所求椭圆的焦点在轴上时,设椭圆方程为,
于是,解得,方程为;
当所求椭圆的焦点在轴上时,设椭圆方程为,
于是,解得,方程为,
所以所求椭圆的标准方程为或.
20.已知圆M:,点,P是圆M一动点,若线段PN的垂直平分线与PM交于点Q.
(1)求点Q的轨迹方程C;
(2)若点A是曲线C上的动点,求的最大值(其中O为坐标原点).
【答案】(1) (2)
【解析】(1)圆的圆心,半径为,
由题意可知,又点是圆上的点,则,
且,则,
由椭圆的定义可知,点的轨迹是以为焦点的椭圆,其中,,,
则点的轨迹方程;
(2)设,则,
进而①
又,所以,将其代入①得 ,
由椭圆的有界性可知 ,所以当 时,取最大值
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