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椭圆离心率的三种求法中点弦方程三种求法

椭圆离心率的三种求法:
(1)若给定椭圆的方程,则根据焦点位置确定a 2,b 2,求a ,c 的值,利用公式e =c
a
或利用
22
1a
b e -=直接求解.
(2)求椭圆的离心率时,若不能直接求得c
a 的值,通常由已知寻求a ,
b ,
c 的关系式,再与a 2
=b 2+c 2组成方程组,消去b 得只含a ,c 的方程,再化成关于e 的方程求解.
(3)求离心率时要充分利用题设条件中的几何特征构建方程求解,从而达到简化运算的目的. 涉及椭圆离心率的范围问题要依据题设条件首先构建关于a ,b ,c 的不等式,消去b 后,转化为关于e 的不等式,从而求出e 的取值范围.
1. 若椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,线段F 1F 2被点⎪⎭⎫
⎝⎛0,2b 分成5∶3
的两段,则此椭圆的离心率为( ) A.1617 B.41717 C.45 D.25
5 解析 依题意,得c +b
2c -b 2
=5
3,∴c =2b ,∴a =
b 2+
c 2=5b ,∴e =
2b 5b
=255. 答案D
点评 本题的解法是直接利用题目中的等量关系,列出条件求离心率.
2. 设P 是椭圆x 2a 2+y 2
b 2=1(a >b >0)上的一点,F 1,F 2是其左,右焦点.已知∠F 1PF 2=60°,
求椭圆离心率的取值范围.
分析 本题主要考查椭圆离心率取值范围的求法,建立不等关系是解答此类问题的关键. 解 方法一 根据椭圆的定义,有|PF 1|+|PF 2|=2a .① 在△F 1PF 2中,由余弦定理,得 cos 60°=|PF 1|2+|PF 2|2-|F 1F 2|22|PF 1||PF 2|=1
2,
即|PF 1|2+|PF 2|2-4c 2=|PF 1||PF 2|.②
①式平方,得|PF 1|2+|PF 2|2+2|PF 1||PF 2|=4a 2.③ 由②③,得|PF 1||PF 2|=4b 2
3
.④
由①和④运用基本不等式,得
|PF 1||PF 2|≤2
212||||⎪⎭⎫
⎝⎛+PF PF ,即4b 23≤a 2.
由b 2=a 2-c 2,得43(a 2-c 2)≤a 2,解得e =c a ≥1
2.
又e <1,∴该椭圆的离心率的取值范围是[1
2
,1).
方法二 如图,设椭圆与y 轴交于B 1,B 2两点,则当点P 位于B 1或B 2处时,点P 对两焦点的张角最大,故∠F 1B 2F 2≥∠F 1PF 2=60°,从而∠OB 2F 2≥30°.
在Rt △OB 2F 2中,e =c a =sin ∠OB 2F 2≥sin 30°=12.
又e <1,∴1
2
≤e <1.
∴该椭圆的离心率的取值范围是[1
2
,1).
点评 在求椭圆离心率的取值范围时,常需建立不等关系,通过解不等式来求离心率的取值范围,建立不等关系的途径有:基本不等式,利用椭圆自身存在的不等关系(如基本量之间的大小关系或基本量的范围,点与椭圆的位置关系所对应的不等关系,椭圆上点的横、纵坐标的有界性等),判别式,极端情况等等.如上面方法二就应用了“当点P 运动到短轴的端点时,点P 对两焦点的张角最大”这一极端情况.
(2016全国Ⅰ高考)直线l 经过椭圆的一个顶点和一个焦点,若椭圆的中心到的距离为短轴长的
4
1
,则该椭圆的离心率为( B ) A.
31 B. 21 C. 32 D.4
3 解:设椭圆是焦点在x 轴上的标准方程,上顶点与右焦点分别为)0,(),0(c F b B 、,则直线l 的方程为0=-+bc cy bx 。

又椭圆短轴长为2b ,椭圆中心到的距离为
a
bc
c b bc =
+2
2,所

b a b
c 241⋅=,即2
1=a c 。

(2017济南一中调考)设椭圆的两个焦点分别为21F F 、,过2F 作椭圆长轴的垂线交椭圆于点P ,若21PF F ∆为等腰直角三角形。

则椭圆的离心率为( D ) A.
22
B. 2
1
2- C. 22- D.12- 解:由题意得a b c 22=,解得12-=a
c。

椭圆的中点弦方程的求法有三:
(1)方程组法:通过解直线于与椭圆方程联立的方程组,利用一元二次方程根与系数的关系及中点坐标公式求解;
(2)点差法:设直线与椭圆的交点(弦的端点)坐标为),(),(1211y x B y x A 、,将这两点的坐标代入椭圆方程并对所得两式作差,得到一个与弦AB 的中点),(00y x 和斜率AB k 有关的式子,可以大大减少运算量。

我们称这种代点作差的方法为“点差法”。

(3)中点转移法:先设出弦的一个端点的坐标,再借助中点得出弦的另一个端点的坐标,分别代入椭圆方程作差可得。

1.已知椭圆14
162
2=+y x ,过点P (2,1)作一条弦,使弦在这点被平分,求此弦所在的直线方程. 分析 注意根与系数的关系及中点坐标公式的应用.本题也可用两方程直接相减求解. 解 方法一 由题意,知所求直线的斜率存在,设此直线的方程为y =k (x -2)+1.由
⎩⎪⎨⎪⎧
y =k (x -2)+1,x 216+y 24=1
消去y 并整理,得(4k 2+1)x 2-8(2k 2-k )x +4(2k -1)2-16=0. 设直线与椭圆的交点为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2), 则x 1,x 2是方程的两根,所以x 1+x 2=8(2k 2-k )4k 2+1
.
因为点P 为弦AB 的中点,所以2=x 1+x 22=4(2k 2-k )4k 2+1,解得k =-1
2.
故所求直线的方程为x +2y -4=0.
方法二 (点差法)设所求直线与椭圆的交点为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2).因为点P 为弦AB 的中点,
所以x 1+x 2=4,y 1+y 2=2.又因为A ,B 在椭圆上,所以x 21+4y 21=16,x 22+4y 22=16.两式相减,得(x 21-x 22)+4(y 21-y 22
)=0, 即(x 1+x 2)(x 1-x 2)+4(y 1+y 2)(y 1-y 2)=0, 所以y 1-y 2x 1-x 2=-(x 1+x 2)4(y 1+y 2)=-12,即k AB =-12.
故所求直线的方程为y -1=-1
2(x -2),
即x +2y -4=0.
方法三 (利用对称性,中点转移法)设所求直线与椭圆的一个交点为A (x ,y ).因为弦中点为P (2,1),所以另一个交点为B (4-x,2-y ). 因为点A ,B 在椭圆上,所以x 2+4y 2=16,① (4-x )2+4(2-y )2=16,②
从而A ,B 在方程①-②所形成的图形上, 即在直线x +2y -4=0上. 又因为过A ,B 的直线只有1条, 故所求直线的方程为x +2y -4=0.
解后反思 解决中点弦的问题,最常用的方法有两种:一是把直线方程与曲线方程联立,消元得一元二次方程,利用中点坐标公式和根与系数的关系列关系式,进而求出参数;二是设出弦的两端点坐标,不具体求出,利用点差法整体表示直线斜率,进而求出参数;三利用对称性,设出弦的一个端点坐标,利用中点转移法求出另一端点的坐标,消去二次项直接求出弦所在的直线方程 。

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