第2课时 椭圆的简单几何性质题型分类 深度解析考点一椭圆的性质考点一 椭圆的性质【例1】 (1)已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右顶点分别为A 1,A 2,且以线段A 1A 2为直径的圆与直线bx -ay +2ab =0相切,则C 的离心率为( ) A.63B.33C.23D.13(2)已知椭圆E :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的右焦点为F ,短轴的一个端点为M ,直线l :3x -4y =0交椭圆E 于A ,B 两点.若|AF |+|BF |=4,点M 到直线l 的距离不小于45,则椭圆E 的离心率的取值范围是( ) A.⎝ ⎛⎦⎥⎤0,32 B.⎝⎛⎦⎤0,34C.⎣⎢⎡⎭⎪⎫32,1D.⎣⎡⎭⎫34,1解析 (1)以线段A 1A 2为直径的圆是x 2+y 2=a 2,又与直线bx -ay +2ab =0相切, 所以圆心(0,0)到直线的距离d =2ab a 2+b 2=a ,整理为a 2=3b 2,即b a =13. ∴e =ca =a 2-b 2a =1-⎝⎛⎭⎫b a 2=1-⎝ ⎛⎭⎪⎫132=63. (2)设左焦点为F 0,连接F 0A ,F 0B ,则四边形AFBF 0为平行四边形. ∵|AF |+|BF |=4, ∴|AF |+|AF 0|=4,∴a =2. 设M (0,b ),则4b 5≥45,∴1≤b <2.离心率e =ca =c 2a 2=a 2-b 2a 2=4-b 24∈⎝⎛⎦⎥⎤0,32. 答案 (1)A (2)A规律方法 求椭圆离心率的方法(1)直接求出a ,c 的值,利用离心率公式直接求解.(2)列出含有a ,b ,c 的齐次方程(或不等式),借助于b 2=a 2-c 2消去b ,转化为含有e 的方程(或不等式)求解.【变式练习1】 (1)已知O 为坐标原点,F 是椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左焦点,A ,B 分别为C 的左、右顶点.P 为C 上一点,且PF ⊥x 轴.过点A 的直线l 与线段PF 交于点M ,与y 轴交于点E .若直线BM 经过OE 的中点,则C 的离心率为( ) A.13B.12C.23D.34(2)设椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,过F 2作x 轴的垂线与C 相交于A ,B 两点,F 1B 与y 轴相交于点D ,若AD ⊥F 1B ,则椭圆C 的离心率等于________. 解析 (1)设M (-c ,m ),则E ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,am a -c ,OE 的中点为D ,则D ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,am 2(a -c ),又B ,D ,M 三点共线,所以m 2(a -c )=ma +c ,所以a =3c ,所以e =13.(2)由题意知F 1(-c ,0),F 2(c ,0),其中c =a 2-b 2,因为过F 2且与x 轴垂直的直线为x =c ,由椭圆的对称性可设它与椭圆的交点为A ⎝⎛⎭⎫c ,b 2a ,B ⎝⎛⎭⎫c ,-b2a .因为AB 平行于y 轴,且|F 1O |=|OF 2|,所以|F 1D |=|DB |,即D 为线段F 1B 的中点,所以点D 的坐标为⎝⎛⎭⎫0,-b22a ,又AD ⊥F 1B ,所以k AD ·k F 1B =-1,即b 2a -⎝⎛⎭⎫-b 22ac -0×-b 2a -0c -(-c )=-1,整理得3b 2=2ac ,所以3(a 2-c 2)=2ac ,又e =c a 且0<e <1,所以3e 2+2e -3=0,解得e =33(e =-3舍去).答案 (1)A (2)33考点二 椭圆性质的应用【例2】 (1)已知椭圆的中心在原点,离心率e =12,且它的一个焦点与抛物线y 2=-4x 的焦点重合,则此椭圆方程为( ) A.x 24+y 23=1 B.x 28+y 26=1 C.x 22+y 2=1D.x 24+y 2=1(2)已知点F 1,F 2是椭圆x 2+2y 2=2的左、右焦点,点P 是该椭圆上的一个动点,那么|PF 1→+PF 2→|的最小值是( ) A.0B.1C.2D.2 2解析 (1)依题意,可设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),由已知可得抛物线的焦点为(-1,0),所以c =1,又离心率e =c a =12,解得a =2,b 2=a 2-c 2=3,所以椭圆方程为x 24+y 23=1,故选A.(2)椭圆的标准方程为x 22+y 2=1,因为原点O 是线段F 1F 2的中点,所以PF 1→+PF 2→=2PO →,即|PF 1→+PF 2→|=|2PO →|=2|PO |,椭圆上点到中心的最短距离为短半轴长,即|PO |的最小值为b =1,所以|PF 1→+PF 2→|的最小值为2. 答案 (1)A (2)C规律方法 利用椭圆几何性质的注意点及技巧(1)在求与椭圆有关的一些量的范围,或者最值时,经常用到椭圆标准方程中x ,y 的范围,离心率的范围等不等关系.(2)求解与椭圆几何性质有关的问题时,要结合图形进行分析,当涉及顶点、焦点、长轴、短轴等椭圆的基本量时,要理清它们之间的内在联系. 【变式练习2】 (1)以椭圆上一点和两个焦点为顶点的三角形的面积的最大值为1,则椭圆长轴长的最小值为( ) A.1B. 2C.2D.2 2(2)(2017·全国Ⅰ卷)设A ,B 是椭圆C :x 23+y 2m =1长轴的两个端点.若C 上存在点M 满足∠AMB =120°,则m 的取值范围是( ) A.(0,1]∪[9,+∞) B.(0,3]∪[9,+∞) C.(0,1]∪[4,+∞)D.(0,3]∪[4,+∞)解析 (1)设a ,b ,c 分别为椭圆的长半轴长,短半轴长,半焦距,依题意知,当三角形的高为b 时面积最大, 所以12×2cb =1,bc =1, 而2a =2b 2+c 2≥22bc =2 2 (当且仅当b =c =1时取等号),故选D.(2)①当焦点在x 轴上,依题意得 0<m <3,且3m≥tan ∠AMB 2= 3. ∴0<m <3且m ≤1,则0<m ≤1. ②当焦点在y 轴上,依题意m >3,且m3≥tan ∠AMB 2=3,∴m ≥9, 综上,m 的取值范围是(0,1]∪[9,+∞). 答案 (1)D (2)A考点三 直线与椭圆(多维探究) 命题角度1 弦及中点弦问题 【例3-1】 已知椭圆x 22+y 2=1,(1)过A (2,1)的直线l 与椭圆相交,求l 被截得的弦的中点轨迹方程; (2)求过点P ⎝⎛⎭⎫12,12且被P 点平分的弦所在直线的方程.解 (1)设弦的端点为P (x 1,y 1),Q (x 2,y 2),其中点是M (x ,y ).⎩⎨⎧x 212+y 21=1,①x 222+y 22=1,②①-②得y 2-y 1x 2-x 1=-x 2+x 12(y 2+y 1)=-x 2y ,所以-x 2y =y -1x -2,化简得x 2-2x +2y 2-2y =0(包含在椭圆x 22+y 2=1内部的部分).(2)由(1)可得弦所在直线的斜率为k =-x 2y =-12,因此所求直线方程是y -12=-12⎝⎛⎭⎫x -12,化简得2x +4y -3=0.规律方法 弦及弦中点问题的解决方法(1)根与系数的关系:直线与椭圆方程联立,消元,利用根与系数关系表示中点;(2)点差法:利用弦两端点适合椭圆方程,作差构造中点、斜率. 命题角度2 直线与椭圆的位置关系(易错警示)【例3-2】 已知P 点坐标为(0,-2),点A ,B 分别为椭圆E :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右顶点,直线BP 交E 于点Q ,△ABP 是等腰直角三角形,且PQ →=32QB →.(1)求椭圆E 的方程;(2)设过点P 的动直线l 与E 相交于M ,N 两点,当坐标原点O 位于以MN 为直径的圆外时,求直线l 斜率的取值范围.解 (1)由△ABP 是等腰直角三角形,得a =2,B (2,0). 设Q (x 0,y 0),则由PQ →=32QB →,得⎩⎨⎧x 0=65,y 0=-45,代入椭圆方程得b 2=1, 所以椭圆E 的方程为x 24+y 2=1.(2)依题意得,直线l 的斜率存在,方程设为y =kx -2. 联立⎩⎪⎨⎪⎧y =kx -2,x 24+y 2=1,消去y 并整理得(1+4k 2)x 2-16kx +12=0.(*)因直线l 与E 有两个交点,即方程(*)有不等的两实根, 故Δ=(-16k )2-48(1+4k 2)>0,解得k 2>34. 设M (x 1,y 1),N (x 2,y 2),由根与系数的关系得⎩⎪⎨⎪⎧x 1+x 2=16k1+4k2,x 1x 2=121+4k 2,因坐标原点O 位于以MN 为直径的圆外, 所以OM →·ON →>0,即x 1x 2+y 1y 2>0, 又由x 1x 2+y 1y 2=x 1x 2+(kx 1-2)(kx 2-2) =(1+k 2)x 1x 2-2k (x 1+x 2)+4 =(1+k 2)·121+4k 2-2k ·16k 1+4k 2+4>0, 解得k 2<4,综上可得34<k 2<4, 则32<k <2或-2<k <-32.则满足条件的斜率k 的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫-2,-32∪⎝ ⎛⎭⎪⎫32,2. 规律方法 1.解决直线与椭圆的位置关系的相关问题,其常规思路是先把直线方程与椭圆方程联立,消元、化简,然后应用根与系数的关系建立方程,解决相关问题. 2.设直线与椭圆的交点坐标为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2), 则|AB |=(1+k 2)[(x 1+x 2)2-4x 1x 2] =⎝⎛⎭⎫1+1k 2[(y 1+y 2)2-4y 1y 2](k 为直线斜率).易错警示 (1)设直线方程时,应注意讨论斜率不存在的情况.(2)利用公式计算直线被椭圆截得的弦长是在方程有解的情况下进行的,不要忽略判别式. 【变式练习3】 已知椭圆E :x 2t +y 23=1的焦点在x 轴上,A 是E 的左顶点,斜率为k (k >0)的直线交E 于A ,M 两点,点N 在E 上,MA ⊥NA . (1)当t =4,|AM |=|AN |时,求△AMN 的面积; (2)当2|AM |=|AN |时,求k 的取值范围. 解 (1)设M (x 1,y 1),则由题意知y 1>0. 当t =4时,E 的方程为x 24+y 23=1,A (-2,0).由|AM |=|AN |及椭圆的对称性知,直线AM 的倾斜角为π4. 因此直线AM 的方程为y =x +2.将x =y -2代入x 24+y 23=1得7y 2-12y =0, 解得y =0或y =127,所以y 1=127.因此△AMN 的面积S △AMN =2×12×127×127=14449.(2)由题意t >3,k >0,A (-t ,0),将直线AM 的方程y =k (x +t )代入x 2t +y 23=1得(3+tk 2)x 2+2t ·tk 2x +t 2k 2-3t =0.由x 1·(-t )=t 2k 2-3t 3+tk 2得x 1=t (3-tk 2)3+tk 2,故|AM |=|x 1+t |1+k 2=6t (1+k 2)3+tk 2.由题设,直线AN 的方程为y =-1k (x +t ), 故同理可得|AN |=6k t (1+k 2)3k 2+t.由2|AM |=|AN |得23+tk 2=k3k 2+t, 即(k 3-2)t =3k (2k -1),当k =32时上式不成立,因此t =3k (2k -1)k 3-2.t >3等价于k 3-2k 2+k -2k 3-2=(k -2)(k 2+1)k 3-2<0,即k -2k 3-2<0. 由此得⎩⎨⎧k -2>0,k 3-2<0或⎩⎨⎧k -2<0,k 3-2>0,解得32<k <2.因此k 的取值范围是(32,2).课后练习A 组(时间:40分钟)一、选择题1.直线y =x +2与椭圆x 2m +y 23=1有两个公共点,则m 的取值范围是( ) A.(1,+∞) B.(1,3)∪(3,+∞) C.(3,+∞)D.(0,3)∪(3,+∞)解析 由⎩⎪⎨⎪⎧y =x +2,x 2m +y 23=1,得(m +3)x 2+4mx +m =0.由Δ>0且m ≠3及m >0得m >1且m ≠3. 答案 B2.设椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,P 是C 上的点,PF 2⊥F 1F 2,∠PF 1F 2=30°,则C 的离心率为( ) A.36B.13C.12D.33解析 在Rt △PF 2F 1中,令|PF 2|=1,因为∠PF 1F 2=30°,所以|PF 1|=2,|F 1F 2|= 3.故e =2c 2a =|F 1F 2||PF 1|+|PF 2|=33.故选D. 答案 D3.已知椭圆:x 24+y 2b 2=1(0<b <2)的左、右焦点分别为F 1,F 2,过F 1的直线l 交椭圆于A ,B 两点,若|BF 2|+|AF 2|的最大值为5,则b 的值为( ) A.1B.2C. 3D.12解析 由椭圆的方程可知a =2,由椭圆的定义可知,|AF 2|+|BF 2|+|AB |=4a =8,所以|AB |=8-(|AF 2|+|BF 2|)≥3,由椭圆的性质可知过椭圆焦点的弦中,通径最短,则2b 2a =3.所以b 2=3,即b = 3. 答案 C4.已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)及点B (0,a ),过点B 与椭圆相切的直线交x 轴的负半轴于点A ,F 为椭圆的右焦点,则∠ABF =( ) A.60°B.90°C.120°D.150°解析 由题意知,切线的斜率存在,设切线方程y =kx +a (k >0),与椭圆方程联立,⎩⎪⎨⎪⎧y =kx +a ,x 2a 2+y 2b 2=1,消去y 整理得(b 2+a 2k 2)x 2+2ka 3x +a 4-a 2b 2=0, 由Δ=(2ka 3)2-4(b 2+a 2k 2)(a 4-a 2b 2)=0, 得k =c a ,从而y =c a x +a 交x 轴于点A ⎝⎛⎭⎫-a 2c ,0,又F (c ,0),易知BA →·BF →=0,故∠ABF =90°. 答案 B5.设F 1(-c ,0),F 2(c ,0)分别是椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右焦点,若在直线x =a 2c 上存在点P ,使线段PF 1的中垂线过点F 2,则椭圆离心率的取值范围是( ) A.⎝ ⎛⎦⎥⎤0,22 B.⎝ ⎛⎦⎥⎤0,33 C.⎣⎢⎡⎭⎪⎫22,1D.⎣⎢⎡⎭⎪⎫33,1解析 如图,由题意可知,|PF 1|>|PF 2|且|PF 1|>|F 1F 2|,所以要使△PF 1F 2为等腰三角形,则只能是|F 1F 2|=|PF 2|,设P 点坐标为⎝⎛⎭⎫a 2c ,y ,则直线x =a2c 与x 轴的交点为D ⎝⎛⎭⎫a 2c ,0,则|PF 2|=|F 1F 2|=2c ≥a 2c -c ,即3c 2-a 2≥0,即e 2≥13.解得33≤e <1. 答案 D 二、填空题6.焦距是8,离心率等于0.8的椭圆的标准方程为________. 解析 由题意知⎩⎪⎨⎪⎧2c =8,c a =0.8,解得⎩⎨⎧a =5,c =4,又b 2=a 2-c 2,∴b 2=9,∴b =3.当焦点在x 轴上时,椭圆方程为x 225+y 29=1, 当焦点在y 轴上时,椭圆方程为y 225+x 29=1. 答案 x 225+y 29=1或y 225+x 29=17.已知椭圆的方程是x 2+2y 2-4=0,则以M (1,1)为中点的弦所在直线方程是________. 解析 设过M (1,1)点的方程为y =kx +b , 则有k +b =1,即b =1-k ,即y =kx +(1-k ),联立方程组⎩⎨⎧x 2+2y 2-4=0,y =kx +(1-k ),则有(1+2k 2)x 2+(4k -4k 2)x +(2k 2-4k -2)=0, 所以x 1+x 22=12·4k 2-4k 1+2k 2=1,解得k =-12,故b =32,所以y =-12x +32,即x +2y -3=0. 答案 x +2y -3=08.若F 1,F 2分别是椭圆E :x 2+y 2b 2=1(0<b <1)的左、右焦点,过点F 1的直线交椭圆E 于A ,B 两点.若|AF 1|=3|F 1B |,AF 2⊥x 轴,则椭圆E 的方程为____________. 解析 设点A 在点B 上方,F 1(-c ,0),F 2(c ,0),其中c =1-b 2, 则可设A (c ,b 2),B (x 0,y 0), 由|AF 1|=3|F 1B |,可得AF 1→=3F 1B →,故⎩⎨⎧-2c =3(x 0+c ),-b 2=3y 0,即⎩⎨⎧x 0=-53c ,y 0=-13b 2,代入椭圆方程可得25(1-b 2)9+19b 2=1, 解得b 2=23,故椭圆方程为x 2+3y 22=1.答案 x 2+3y 22=1三、解答题9.已知椭圆C 的两个顶点分别为A (-2,0),B (2,0),焦点在x 轴上,离心率为32. (1)求椭圆C 的方程;(2)点D 为x 轴上一点,过D 作x 轴的垂线交椭圆C 于不同的两点M ,N ,过D 作AM 的垂线交BN 于点E .求证:△BDE 与△BDN 的面积之比为4∶5. (1)解 设椭圆C 的方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0). 由题意得⎩⎪⎨⎪⎧a =2,c a =32,解得c = 3.所以b 2=a 2-c 2=1.所以椭圆C 的方程为x 24+y 2=1.(2)证明 设M (m ,n ),则D (m ,0),N (m ,-n ). 由题设知m ≠±2,且n ≠0. 直线AM 的斜率k AM =nm +2, 故直线DE 的斜率k DE =-m +2n . 所以直线DE 的方程为y =-m +2n (x -m ). 直线BN 的方程为y =n2-m (x -2).联立⎩⎪⎨⎪⎧y =-m +2n (x -m ),y =n2-m (x -2),解得点E 的纵坐标y E =-n (4-m 2)4-m 2+n 2.由点M 在椭圆C 上,得4-m 2=4n 2,所以y E =-45n . 又S △BDE =12|BD |·|y E |=25|BD |·|n |,S △BDN =12|BD |·|n |.所以△BDE 与△BDN 的面积之比为4∶5.10.已知A ,B 分别为椭圆C :y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0)在x 轴正半轴、y 轴正半轴上的顶点,原点O 到直线AB 的距离为2217,且|AB |=7.(1)求椭圆C 的离心率;(2)直线l :y =kx +m 与圆x 2+y 2=2相切,并与椭圆C 交于M ,N 两点,若|MN |=1227,求k 的值.解 (1)由|AB |=a 2+b 2=7,ab a 2+b 2=2217,a >b >0, 计算得出a =2,b =3,则椭圆C 的离心率为e =1-b 2a 2=12. (2)由(1)知椭圆方程为y 24+x 23=1,设M (x 1,y 1),N (x 2,y 2),则⎩⎪⎨⎪⎧y 24+x 23=1,y =kx +m 消去y 得,(3k 2+4)x 2+6kmx +3m 2-12=0,直线l 与椭圆相交,则Δ>0,即48(3k 2-m 2+4)>0,且x 1+x 2=-6km 3k 2+4,x 1x 2=3m 2-123k 2+4. 又直线l 与圆x 2+y 2=2相切, 则|m |k 2+1=2,即m 2=2(k 2+1). 而|MN |=1+k 2·(x 1+x 2)2-4x 1x 2 =1+k 2·48(3k 2-m 2+4)3k 2+4=1+k 2·48(k 2+2)3k 2+4=43·k 4+3k 2+23k 2+4, 又|MN |=1227,所以43·k 4+3k 2+23k 2+4=1227,即5k 4-3k 2-2=0,解得k =±1,且满足Δ>0,故k 的值为±1.B 组(时间:20分钟)11.已知椭圆C :x 24+y 23=1的左、右焦点分别为F 1,F 2,椭圆C 上点A 满足AF 2⊥F 1F 2.若点P 是椭圆C 上的动点,则F 1P →·F 2A →的最大值为( ) A.32 B.332 C.94 D.154解析 由椭圆C :x 24+y 23=1可得a 2=4,b 2=3,c =a 2-b 2=1,可得F 1(-1,0),F 2(1,0),由AF 2⊥F 1F 2,令x =1,得y =±3·1-14=±32,不妨设A 点坐标为⎝⎛⎭⎫1,32, 设P (m ,n ),则点P 坐标满足m 24+n 23=1, 又-3≤n ≤3,则F 1P →·F 2A →=(m +1,n )·⎝⎛⎭⎫0,32=32n ≤332, 可得F 1P →·F 2A →的最大值为332.答案 B12.已知直线l :y =kx +2过椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的上顶点B 和左焦点F ,且被圆x 2+y 2=4截得的弦长为L ,若L ≥455,则椭圆离心率e 的取值范围是________. 解析 依题意,知b =2,kc =2.设圆心到直线l 的距离为d ,则L =24-d 2≥455, 解得d 2≤165.又因为d =21+k 2,所以11+k 2≤45,解得k 2≥14. 于是e 2=c 2a 2=c 2b 2+c 2=11+k 2,所以0<e 2≤45,解得0<e ≤255. 答案 ⎝⎛⎦⎥⎤0,255 13.已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),e =12,其中F 是椭圆的右焦点,焦距为2,直线l 与椭圆C 交于点A ,B ,线段AB 的中点横坐标为14,且AF →=λFB →(其中λ>1). (1)求椭圆C 的标准方程;(2)求实数λ的值.解 (1)由条件可知,c =1,a =2,故b 2=a 2-c 2=3,∴椭圆C 的标准方程是x 24+y 23=1.(2)由AF →=λFB →,可知A ,B ,F 三点共线,设点A (x 1,y 1),点B (x 2,y 2). 若直线AB ⊥x 轴,则x 1=x 2=1,不符合题意.当AB 所在直线l 的斜率k 存在时,设方程为y =k (x -1).由⎩⎪⎨⎪⎧y =k (x -1),x 24+y 23=1消去y 得 (3+4k 2)x 2-8k 2x +4k 2-12=0.①由①的判别式Δ=64k 4-4(4k 2+3)(4k 2-12)=144(k 2+1)>0.∵⎩⎪⎨⎪⎧x 1+x 2=8k 24k 2+3,x 1x 2=4k 2-124k 2+3,∴x 1+x 2=8k 24k 2+3=12,∴k 2=14. 将k 2=14代入方程①,得4x 2-2x -11=0,解得x =1±354. 又AF →=(1-x 1,-y 1),FB →=(x 2-1,y 2),AF →=λFB →, λ=1-x 1x 2-1,又λ>1,∴λ=3+52.。