椭圆1.椭圆的两种定义(1) 平面内与两定点F 1,F 2的距离的和等于常数(大于21F F )的点的轨迹叫椭圆,这两个定点叫做椭圆的 , 之间的距离叫做焦距.注:①当2a =|F 1F 2|时,P 点的轨迹是 .②当2a <|F 1F 2|时,P 点的轨迹不存在.(2) 椭圆的第二定义:到 的距离与到 的距离之比是常数e ,且∈e 的点的轨迹叫椭圆.定点F 是椭圆的 ,定直线l 是 ,常数e 是 . 2.椭圆的标准方程(1) 焦点在x 轴上,中心在原点的椭圆标准方程是:12222=+b y a x ,其中( > >0,且=2a )(2) 焦点在y 轴上,中心在原点的椭圆标准方程是12222=+bx ay ,其中a ,b 满足: .(3)焦点在哪个轴上如何判断 3.椭圆的几何性质(对12222=+b y a x ,a > b >0进行讨论)(1) 范围: ≤ x ≤ , ≤ y ≤(2) 对称性:对称轴方程为 ;对称中心为 .(3) 顶点坐标: ,焦点坐标: ,长半轴长: ,短半轴长: ;准线方程: .(4) 离心率:=e ( 与 的比),∈e ,e 越接近1,椭圆越 ;e 越接近0,椭圆越接近于 .(5) 焦半径公式:设21,F F 分别为椭圆的左、右焦点,),(00y x P 是椭圆上一点,则=1PF ,122PF a PF -== 。
4.焦点三角形应注意以下关系(老师补充画出图形):(1) 定义:r 1+r 2=2a(2) 余弦定理:21r +22r -2r 1r 2cos θ=(2c )2(3) 面积:21F PF S ∆=21r 1r 2 sin θ=21·2c | y 0 |(其中P(00,y x )为椭圆上一点,|PF 1|=r 1,|PF 2|=r 2,∠F 1PF 2=θ)基础过关变式训练2:已知P (x 0,y 0)是椭圆12222=+by a x (a >b >0)上的任意一点,F 1、F 2是焦点,求证:以PF 2为直径的圆必和以椭圆长轴为直径的圆相内切.证明 设以PF 2为直径的圆心为A ,半径为r .∵F 1、F 2为焦点,所以由椭圆定义知|PF 1|+|PF 2|=2a ,|PF 2|=2r∴|PF 1|+2r =2a ,即|PF 1|=2(a -r )连结OA ,由三角形中位线定理,知|OA |=.)(221||211r a r a PF -=-⨯=故以PF 2为直径的圆必和以长轴为直径的圆相内切.评注 运用椭圆的定义结合三角形中位线定理,使题目得证。
例3. 如图,椭圆的中心在原点,其左焦点1F 与抛物线24y x =-的焦点重合,过1F 的直线l 与椭圆交于A 、B 两点,与抛物线交于C 、D 两点.当直线l 与x 轴垂直时,22CDAB=.(1)求椭圆的方程;(2)求过点O 、1F ,并且与椭圆的左准线相切的圆的方程;(3)求22F A F B ⋅的最大值和最小值.解:(1)由抛物线方程,得焦点1(1,0)F -.设椭圆的方程:)0(12222>>=+b a by a x .解方程组241y xx ⎧=-⎨=-⎩得C (-1,2),D (1,-2).由于抛物线、椭圆都关于x 轴对称,∴11||||22||||FC CD F A AB ==,12||2F A =, ∴2(1,)2A . …………2分∴221112a b+=又1222==-c b a ,因此,2211112b b+=+,解得21b =并推得22a =.典型例题故椭圆的方程为2212x y += . …………4分(2)2,1,1a b c ===,圆过点O 、1F ,∴圆心M 在直线12x =-上.设1(,),2M t -则圆半径,由于圆与椭圆的左准线相切,∴13()(2).22r =---=由,OM r =3,2=解得t =∴所求圆的方程为2219()(.24x y ++=…………………………8分(3) 由12(1,0),(1,0)F F -点 ①若AB 垂直于x 轴,则)22,1(),22,1(---B A ,222(2,),(2,22F A F B ∴=-=--, 2217422F A F B ⋅=-=…………………………………………9分 ②若AB 与x 轴不垂直,设直线AB 的斜率为k ,则直线AB 的方程为 )1(+=x k y由⎩⎨⎧=-++=022)1(22y x x k y 得 0)1(24)21(2222=-+++k x k x k0882>+=∆k ,∴方程有两个不等的实数根.设),(11y x A ,),(22y x B .2221214k k x x +-=+, 222121)1(2k k x x +-=⋅………………………………11分),1(),,1(222112y x B F y x A F -=-=∴v1.0 可编辑可修改)1)(1()1)(1()1)(1(21221212122+++--=+--=⋅x x k x x y y x x B F A F22122121))(1()1(k x x k x x k +++-++=22222221)214)(1(21)1(2)1(k kk k k k k +++--++-+= =)21(29272117222k kk +-=+- 12110,121,0222≤+<≥+≥kk k ]27,1[22-∈⋅∴B F A F ,所以当直线l 垂于x 轴时,B F A F 22⋅取得最大值27当直线l 与x 轴重合时,B F A F 22⋅取得最小值1-变式训练3:在平面直角坐标系xOy 中,已知点A (-1, 0)、B (1, 0), 动点C 满足条件:△ABC 的周长为2+2 2.记动点C 的轨迹为曲线W . (1)求W 的方程;(2)经过点(0, 2)且斜率为k 的直线l 与曲线W 有两个不同的交点P 和Q , 求k 的取值范围;(3)已知点M (2,0),N (0, 1),在(Ⅱ)的条件下,是否存在常数k ,使得向量OP OQ +与MN 共线如果存在,求出k 的值;如果不存在,请说明理由. 解:(Ⅰ) 设C (x , y ),∵ 222AC BC AB +=++2AB =, ∴ 222AC BC +=>,∴ 由定义知,动点C 的轨迹是以A 、B 为焦点,长轴长为22的椭圆除去与x 轴的两个交点. ∴ 2, =1a c =. ∴ 2221b a c =-=.∴ W : 2212x y += (0)y ≠. … (2) 设直线l 的方程为2y kx =+22(2)12x kx +=.整理,得221()22102k x kx +++=. ①因为直线l 与椭圆有两个不同的交点P 和Q 等价于 222184()4202k k k ∆=-+=->,解得2k <2k >∴ 满足条件的k 的取值范围为2,(,)22k ∈-∞-+∞( (3)设P (x 1,y 1),Q (x 2,y 2),则OP OQ +=(x 1+x 2,y 1+y 2), 由①得12x x +=. ②又1212()y y kx x +=++③因为 0)M ,(0, 1)N , 所以( 1)MN =-.………所以OP OQ +与MN 共线等价于1212)x xy y ++. 将②③代入上式,解得k所以不存在常数k ,使得向量OP OQ +与MN 共线.例4. 已知椭圆W 的中心在原点,焦点在x 轴上,两条准线间的距离为6. 椭圆W 的左焦点为F ,过左准线与x 轴的交点M 任作一条斜率不为零的直线l 与椭圆W 交于不同的两点A 、B ,点A 关于x 轴的对称点为C . (1)求椭圆W 的方程;(2)求证:CF FB λ= (λ∈R ); (3)求MBC ∆面积S 的最大值.解:(1)设椭圆W 的方程为22221x y a b+=,由题意可知22223,26,c a a b c a c ⎧=⎪⎪⎪=+⎨⎪⎪⋅=⎪⎩解得a =2c =,b =, 所以椭圆W 的方程为22162x y +=.……………………………………………4分 (2)解法1:因为左准线方程为23a x c=-=-,所以点M 坐标为(3,0)-.于是可设直线l 的方程为(3)y k x =+.v1.0 可编辑可修改22(3),162y k x x y =+⎧⎪⎨+=⎪⎩得2222(13)182760k x k x k +++-=. 由直线l 与椭圆W 交于A 、B 两点,可知2222(18)4(13)(276)0k k k ∆=-+->,解得223k <. 设点A ,B 的坐标分别为11(,)x y ,22(,)x y ,则21221813k x x k -+=+,212227613k x x k-=+,11(3)y k x =+,22(3)y k x =+. 因为(2,0)F -,11(,)C x y -,所以11(2,)FC x y =+-,22(2,)FB x y =+. 又因为1221(2)(2)()x y x y +-+-1221(2)(3)(2)(3)x k x x k x =+++++ 1212[25()12]k x x x x =+++2222541290[12]1313k k k k k--=++++ 2222(5412901236)013k k k k k --++==+,所以CF FB λ=. ……………………………………………………………10分解法2:因为左准线方程为23a x c=-=-,所以点M 坐标为(3,0)-. 于是可设直线l 的方程为(3)y k x =+,点A ,B 的坐标分别为11(,)x y ,22(,)x y , 则点C 的坐标为11(,)x y -,11(3)y k x =+,22(3)y k x =+. 由椭圆的第二定义可得22113||||||3||x y FB FC x y +==+, 所以B ,F ,C 三点共线,即CF FB λ=.…………………………………10分(3)由题意知1211||||||||22S MF y MF y =+ 121||||2MF y y =⋅+121|()6|2k x x k =++23||13k k =+313||||k k =≤=+, 当且仅当213k =时“=”成立, 所以MBC ∆面积S 的最大值为32. 变式训练4:设1F 、2F 分别是椭圆22154x y 的左、右焦点.(1)若P 是该椭圆上的一个动点,求21PF PF ⋅的最大值和最小值;(2)是否存在过点A (5,0)的直线l 与椭圆交于不同的两点C 、D ,使得|F 2C|=|F 2D|若存在,求直线l 的方程;若不存在,请说明理由. 解:(1)易知)0,1(),0,1(,1,2,521F F c b a -=∴===设P (x ,y ),则1),1(),1(2221-+=--⋅---=⋅y x y x y x PF PF3511544222+=--+x x x ]5,5[-∈x ,0=∴x 当,即点P 为椭圆短轴端点时,21PF PF ⋅有最小值3;当5±=x ,即点P 为椭圆长轴端点时,21PF PF ⋅有最大值4(2)假设存在满足条件的直线l 易知点A (5,0)在椭圆的外部,当直线l 的斜率不存在时,直线l 与椭圆无交点,所在直线l 斜率存在,设为k 直线l 的方程为)5(-=x k y由方程组2222221(54)5012520054(5)x y k x k x k y k x ⎧+=⎪+-+-=⎨⎪=-⎩,得v1.0 可编辑可修改依题意25520(1680)055k k ∆=->-<<,得 当5555<<-k 时,设交点C ),(),(2211y x D y x 、,CD 的中点为R ),(00y x , 则45252,4550222102221+=+=+=+k k x x x k k x x .4520)54525()5(22200+-=-+=-=∴k kk k k x k y又|F 2C|=|F 2D|122-=⋅⇔⊥⇔R F k k l R F12042045251)4520(0222222-=-=+-+--⋅=⋅∴k k k k k kk k k RF ∴20k 2=20k 2-4,而20k 2=20k 2-4不成立, 所以不存在直线l ,使得|F 2C|=|F 2D| 综上所述,不存在直线l ,使得|F 2C|=|F 2D| 1.在解题中要充分利用椭圆的两种定义,灵活处理焦半径,熟悉和掌握a 、b 、c 、e 关系及几何意义,能够减少运算量,提高解题速度,达到事半功倍之效.2.由给定条件求椭圆方程,常用待定系数法.步骤是:定型——确定曲线形状;定位——确定焦点位置;定量——由条件求a 、b 、c ,当焦点位置不明确时,方程可能有两种形式,要防止遗漏.3.解与椭圆的焦半径、焦点弦有关的问题时,一般要从椭圆的定义入手考虑;椭圆的焦半径的取值范围是],[c a c a +-.4.“设而不求”,“点差法”等方法,是简化解题过程的常用技巧,要认真领会. 5.解析几何与代数向量的结合,是近年来高考的热点,应引起重视.小结归纳。