椭圆离心率的解法椭圆离心率的解法椭圆的几何性质中,对于离心率和离心率的取值范围的处理,同学们很茫然,没有方向性。
题型变化很多,难以驾驭。
以下,总结一些处理问题的常规思路,以帮助同学们理解和解决问题。
一、 运用几何图形中线段的几何意义。
基础题目:如图,O 为椭圆的中心,F 为焦点,A 为顶点,准线L 交OA 于B ,P 、Q 在椭圆上,PD ⊥L 于D ,QF ⊥AD 于F,设椭圆的离心率为e ,则①e=|PF ||PD |②e=|QF ||BF |③e=|AO ||BO |④e=|AF ||BA |⑤e=|FO ||AO |评:AQP 为椭圆上的点,根据椭圆的第二定义得,①②④。
∵|AO |=a,|OF |=c,∴有⑤;∵|AO |=a,|BO |= a 2c ∴有③。
题目1:椭圆x2a2+y2b2=1(a>b >0)的两焦点为F1、F2,以F1F2为边作正三角形,若椭圆恰好平分正三角形的两边,则椭圆的离心率e?思路:A点在椭圆外,找a、b、c的关系应借助椭圆,所以取AF2的中点B,连接BF1 ,把已知条件放在椭圆内,构造△F1BF2分析三角形的各边长及关系。
解:∵|F1F2|=2c |BF1|=c |BF2|=3cc+3c=2a ∴e= ca= 3-1变形1:椭圆x2a2+y2b2=1(a>b >0)的两焦点为F1、F2,点P在椭圆上,使△OPF1为正三角形,求椭圆离心率?解:连接PF2 ,则|OF2|=|OF1|=|OP|,∠F1PF2 =90°图形如上图,e=3-1变形2: 椭圆x2a2+y2b2=1(a>b >0)的两焦点为F1、F2,AB为椭圆的顶点,P是椭圆上一点,且PF1⊥X轴,PF2 ∥AB,求椭圆离心率?解:∵|PF1|= b2a|F2 F1|=2c |OB|=b |OA|=aPF2 ∥AB ∴|PF1||F2 F1|=ba又∵b= a2-c2∴a2=5c2 e=5 5点评:以上题目,构造焦点三角形,通过各边的几何意义及关系,推导有关a与c的方程式,推导离心率。
二、运用正余弦定理解决图形中的三角形题目2:椭圆x2a2+y2b2=1(a>b >0),A是左顶点,F是右焦点,B是短轴的一个顶点,∠ABF=90°,求e?解:|AO |=a |OF |=c |BF |=a |AB |=a 2+b 2a 2+b 2+a 2=(a+c)2=a 2+2ac+c 2a 2-c 2-ac=0 两边同除以a 2e 2+e-1=0 e=-1+ 5 2 e=-1-52(舍去)变形:椭圆x 2 a 2 +y 2b 2 =1(a>b >0),e=-1+ 52, A 是左顶点,F 是右焦点,B 是短轴的一个顶点,求∠ABF ? 点评:此题是上一题的条件与结论的互换,解题中分析各边,由余弦定理解决角的问题。
答案:90° 引申:此类e=5-12的椭圆为优美椭圆。
性质:1、∠ABF=90°2、假设下端点为B 1 ,则ABFB 1 四点共圆。
3、焦点与相应准线之间的距离等于长半轴长。
总结:焦点三角形以外的三角形的处理方法根据几何意义,找各边的表示,结合解斜三角形公式,列出有关e 的方程式。
题目3:椭圆x 2 a 2 +y 2b 2 =1(a>b >0),过左焦点F 1 且倾斜角为60°的直线交椭圆与AB 两点,若|F 1A |=2|BF 1|,求e? 解:设|BF 1|=m 则|AF 2|=2a-am |BF 2|=2a-m 在△AF 1F 2 及△BF 1F 2 中,由余弦定理得:⎩⎪⎨⎪⎧a 2 –c 2=m(2a-c) 2(a 2-c 2)=m(2a+c) 两式相除:2a-c 2a+c =12 ⇒e=23题目4:椭圆x 2a 2 +y 2b 2 =1(a>b >0)的两焦点为F 1 (-c ,0)、F 2 (c,0),P 是以|F 1F 2|为直径的圆与椭圆的一个交点,且∠PF 1F 2 =5∠PF 2F 1 ,求e?分析:此题有角的值,可以考虑正弦定理的应用。
解:由正弦定理:|F 1F 2|sin F 1PF 2 = |F 1P |sin F 1F 2P =|PF 2|sin PF 1F 2根据和比性质:|F 1F 2|sin F 1PF 2 = |F 1P |+|PF 2|sinF 1F 2P+sin PF 1F 2变形得: |F 1F 2| |PF 2|+|F 1P | =sin F 1PF 2sin F 1F 2P +sin PF 1F 2 ==2c 2a=e ∠PF 1F 2 =75°∠PF 2F 1 =15°e= sin90° sin75°+sin15° =63点评:在焦点三角形中,使用第一定义和正弦定理可知 e=sin F 1PF 2 sin F 1F 2P +sin PF 1F 2变形1:椭圆x 2a 2 +y 2b 2 =1(a>b >0)的两焦点为F 1 (-c ,0)、F 2 (c,0),P 是椭圆上一点,且∠F 1PF 2 =60°,求e 的取值范围?分析:上题公式直接应用。
解:设∠F 1F 2P=α,则∠F 2F 1P=120°-αe=sin F 1PF 2sin F 1F 2P +sin PF 1F 2 = sin60° sin α+sin(120°-α) = 1 2sin(α+30°)≥12 ∴12≤e<1变形2:已知椭圆x 24+ y 24t 2 =1 (t>0) F 1F 2 为椭圆两焦点,M 为椭圆上任意一点(M 不与长轴两端点重合)设∠PF 1F 2 =α,∠PF 2F 1 =β若13 <tan α 2< tan β2 <12 ,求e 的取值范围?分析:运用三角函数的公式,把正弦化正切。
解;根据上题结论e=sin F 1PF 2sin F 1F 2P +sin PF 1F 2 =sin(α+β)sin α+sin β=2sin α+β 2 cosα+β 22sin α+β 2 cos α-β 2= cos α 2cos β 2 -sin α 2 sin β 2cos α 2cos β 2 +sin α 2 sin β 2=1- tan α 2 tan β21- tan α 2 tan β2=e∵13<1-e 1+e <12 ∴13<e<12三、 以直线与椭圆的位置关系为背景,用设而不求的方法找e 所符合的关系式.题目5:椭圆x 2a 2 +y 2b 2 =1(a>b >0),斜率为1,且过椭圆右焦点F 的直线交椭圆于A 、B 两点,→OA +→OB 与→ a =(3,-1)共线,求e?法一:设A(x 1,y 1) ,B(x 2,y 2)⎩⎪⎨⎪⎧b 2x 2+a 2y 2=a 2b 2 y=x-c(a 2+b 2)x 2-2a 2cx+a 2c 2-a 2b 2=0 x 1+x 2=2a 2c a 2+b 2 y 1+y 2=2a 2c a 2+b 2-2c=-2b 2c a 2+b 2→OA +→OB =(x 1+x 2,y 1+y 2)与(3,-1)共线,则 -(x 1+x 2)=3(y 1+y 2)既 a 2=3b 2e=63法二:设AB 的中点N ,则2→ON =→OA +→OB ⎩⎪⎨⎪⎧x 12a 2+ y 12b 2=1 ①x 22a 2+ y 22 b 2=1 ②① -② 得: y 1-y 2x 1-x 2 =- b 2a 2 x 1 +x 2 y 1+y 2 ∴1=-b 2a 2 (-3) 既a 2=3b 2e=63四、 由图形中暗含的不等关系,求离心率的取值范围。
题目6:椭圆x 2a 2 +y 2b 2 =1(a>b >0)的两焦点为F 1 (-c ,0)、F 2 (c,0),满足→MF 1·→MF 2 =0的点M 总在椭圆内部,则e 的取值范围?分析:∵→MF1·→MF2 =0∴以F1F2为直径作圆,M在圆O上,与椭圆没有交点。
解:∴c<ba2=b2+c2 >2c2 ∴0<e<2 2题目7:椭圆x2a2+y2b2=1(a>b >0)的两焦点为F1(-c,0)、F2 (c,0),P为右准线L上一点,F1P的垂直平分线恰过F2点,求e的取值范围?分析:思路1,如图F 1P 与 F 2M 垂直,根据向量垂直,找a 、b 、c 的不等关系。
思路2:根据图形中的边长之间的不等关系,求e解法一:F 1 (-c ,0) F 2 (c,0) P(a 2c,y 0 ) M( a 2c -c 2 ,y 0 2) 既( b 22c , y 0 2 ) 则→PF 1 =-( a 2c+c, y 0 ) →MF 2 =-( b 22c -c, y 0 2) →PF 1·→MF 2 =0 ( a 2c +c, y 0 ) ·( b 22c -c, y 0 2)=0 ( a 2c +c)·( b 22c -c)+ y 02 2=0 a 2-3c 2≤0 ∴33≤e<1 解法2:|F 1F 2|=|PF 2|=2c|PF 2|≥a 2c -c 则2c ≥a 2c -c 3c ≥a 2c3c 2≥a 2 则33≤e<1 总结:对比两种方法,不难看出法一具有代表性,可谓通法,而法二是运用了垂直平分线的几何性质,巧妙的运用三角形边的大小求解的妙法。
所以垂直平分线这个条件经常在解析几何中出现,对于它的应用方法,值得大家注意。
离心率为高考的一个重点题目,多以选择题或解答题的第一问形式出现,望大家经过此系列题目能对它有一些认识和掌握。