2018学年高中数学人教A版选修1-1课件:2-1-2-2 椭圆方程及性质的应用 精品
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即 tx0+2y0=0,解得 t=-2xy00.又 x20+2y20=4, 所以|AB|2=(x0-t)2+(y0-2)2=x0+2xy002+(y0-2)2 =x20+y20+4xy0202+4=x20+4-2 x02+24x-20 x20+4=x202+x802+4(0<x20≤4). 因为x220+x802≥4(0<x20≤4),且当 x20=4 时等号成立, 所以|AB|2≥8. 故线段 AB 长度的最小值为 2 2.
解得 k=-12,且满足 Δ>0. 这时直线的方程为 y-2=-12(x-4),即 y=-12x+4.
法二:设 A(x1,y1),B(x2,y2),则有33xx662221 ++yy992221==11,, 两式相减得x223-6x12+y22-9 y21=0,整理得 kAB=yx22- -yx11=-396xy22++xy11, 由于 P(4,2)是 AB 的中点,∴x1+x2=8,y1+y2=4, 于是 kAB=-396××84=-12, 于是直线 AB 的方程为 y-2=-12(x-4),即 y=-12x+4.
D.±
3 3
把 y=kx+2 代入x32+y22=1 得(2+3k2)x2+12kx+6=0,
由于
Δ=0,∴k2=23,∴k=±
6 3.
【答案】 C
2.直线 y=x+2 与椭圆xm2+y32=1 有两个公共点,则 m 的取值范围是(
)
A.m>1
B.m>1 且 m≠3
C.m>3 【解析】
y=x+2, 由xm2+y32=1,
已知点(2,3)在椭圆mx22+ny22=1 上,则下列说法正确的是________
①点(-2,3)在椭圆外
②点(3,2)在椭圆上
③点(-2,-3)在椭圆内 ④点(2,-3)在椭圆上
【解析】 由椭圆的对称性知点(2,-3)也在椭圆上. 【答案】 ④
教材整理 2 直线与椭圆的位置关系
1.直线与椭圆的位置关系及判定
(2)若坐标原点 O 到直线 l 的距离为 23,求△AOB 面积的最大值. 【导学号:26160039】
【解】 (1)由ac= 36,a= 3, 所以 c= 2,b=1, 所以椭圆的方程为x32+y2=1.
(2)由已知 1|m+| k2= 23, 所以 m2=34(1+k2), 联立 l:y=kx+m 和x32+y2=1,
1.求解直线与椭圆相交所得的弦长问题,一般思路是将直线方程与椭圆方 程联立,得到关于 x(或 y)的一元二次方程,然后结合根与系数的关系及两点间 的距离公式求弦长.一定要熟记公式的形式并能准确运算.
2.解决椭圆中点弦问题的两种方法 (1)根与系数的关系法:联立直线方程和椭圆方程构成方程组,消去一个未 知数,利用一元二次方程根与系数的关系以及中点坐标公式解决.
=
5 2
x1+x22-4x1x2= 25×6
2=3
10.
所以线段 AB 的长度为 3 10.
(2)法一:设 l 的斜率为 k,则其方程为 y-2=k(x-4). 联立3x62 +y92=1,
y-2=kx-4, 消去 y 得(1+4k2)x2-(32k2-16k)x+(64k2-64k-20)=0. 若设 A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1+x2=321k+2-4k126k, 由于 AB 的中点恰好为 P(4,2),所以x1+2 x2=116+k2-4k82k=4,
线与椭圆有 2 个交点.
【答案】 A
(2)将 y=x+m 代入 4x2+y2=1, 消去 y 整理得 5x2+2mx+m2-1=0. Δ=4m2-20(m2-1)=20-16m2. 当 Δ=0 时,得 m=± 25,直线与椭圆相切. 当 Δ>0 时,得- 25<m< 25,直线与椭圆相交. 当 Δ<0 时,得 m<- 25或 m< 25,直线与椭圆相离.
已知椭圆3x62 +y92=1 和点 P(4,2),直线 l 经过点 P 且与椭圆交于 A、 B 两点.
(1)当直线 l 的斜率为12时,求线段 AB 的长度; (2)当 P 点恰好为线段 AB 的中点时,求 l 的方程. 【导学号:26160038】
【精彩点拨】 (1)设直线方程→联立方程组→利用弦长公式求解; (2)考查椭圆的中点弦问题及“点差法”的运用.
当且仅当 k=± 33时取等号, 验证知 k=± 33满足题意, 显然 k=0 时,|AB|2=3<4. 所以(S△AOB)max=12×2× 23= 23.
[构建·体系]
1.若直线 y=kx+2 与椭圆x32+y22=1 相切,则斜率 k 的值是(
)
6 A. 3
B.-
6 3
C.±
6 3
【解析】
解析几何中的综合性问题很多,而且可与很多知识联系在一起出题,例如 不等式、三角函数、平面向量以及函数的最值问题等,解决这类问题需要正确 地应用转化思想、函数与方程思想和数形结合思想.其中应用比较多的是利用 方程根与系数的关系构造等式或函数关系式,这其中要注意利用根的判别式来 确定参数的限制条件.
[再练一题] 3.(2016·成都高二检测)已知椭圆ax22+by22=1(a>b>0)的离心率为 36,短轴 的一个端点到右焦点的距离为 3,直线 l:y=kx+m 交椭圆于不同的两点 A, B. (1)求椭圆的方程;
判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)点 P(2,1)在椭圆x42+y92=1 的内部.(
)
(2)过椭圆外一点一定能作两条直线与已知椭圆相切.( )
(3)过点 A(0,1)的直线一定与椭圆 x2+y22=1 相交.(
)
(4)长轴是椭圆中最长的弦.( )
【答案】 (1)× (2)√ (3)√ (4)√
【解】 ∵e= 23,∴b2=14a2.∴椭圆方程为 x2+4y2=a2. 与 x+2y+8=0 联立消去 y,得 2x2+16x+64-a2=0, 由 Δ>0 得 a2>32,由弦长公式得 10=54×[64-2(64-a2)]. ∴a2=36,b2=9. ∴椭圆的方程为3x62 +y92=1.
[探究共研型]
(2)解决椭圆ax22+by22=1(a>b>0)中的范围问题常用的关系有 ①-a≤x≤a,-b≤y≤b; ②离心率 0<e<1; ③一元二次方程有解,则判别式 Δ≥0.
(2014·北京高考)已知椭圆 C:x2+2y2=4. (1)求椭圆 C 的离心率; (2)设 O 为原点,若点 A 在直线 y=2 上,点 B 在椭圆 C 上,且 OA⊥OB, 求线段 AB 长度的最小值. 【精彩点拨】 (2)中,设 A,B 坐标→O→A·O→B=0→|AB|化为关于 x0 的函数 →求最值.
1.直线与椭圆的位置关系是通过代数法完成的,Δ 的符号决定了交点的个 数,从而确定了其位置关系.
2.有关直线与椭圆的位置关系存在两类问题,一是判断位置关系,二是依 据位置关系确定参数的范围,两类问题在解决方法上是一致的,都要将直线与 椭圆方程联立,利用判别式及根与系数的关系进行求解.
[再练一题] 1.已知椭圆的方程为 x2+2y2=2. (1)判断直线 y=x+ 3与椭圆的位置关系; (2)判断直线 y=x+2 与椭圆的位置关系; (3)在椭圆上找一点 P,使 P 到直线 y=x+2 的距离最小,并求出这个最小 距离. 【解】 (1)由xy2=+x2+y2=32,, 得 3x2+4 3x+4=0, ∵Δ=(4 3)2-4×3×4=0, ∴直线 y=x+ 3与椭圆相切.
消去 y,整理可得: (1+3k2)x2+6kmx+3m2-3=0, 所以 x1+x2=1-+63kmk2,x1x2=31m+2-3k32 , 所以|AB|2=(1+k2)(x1-x2)2 =121+k12+33kk2+221-m2 =3k2+1+139kk222+1=3+9k4+126kk22+1 =3+9k2+12k12+6≤4(k≠0),
②
①
由①-②,得a12(x21-x22)+b12(y21-y22)=0,变形得yx11- -yx22=-ba22·xy11+ +xy22=-ba22·xy00, 即 kAB=-ba22xy00.
[再练一题] 2.椭圆ax22+by22=1(a>b>0)的离心率为 23,且椭圆与直线 x+2y+8=0 相交 于 P,Q,且|PQ|= 10,求椭圆的方程.
ห้องสมุดไป่ตู้
【自主解答】 (1)由题意,椭圆 C 的标准方程为x42+y22=1, 所以 a2=4,b2=2,从而 c2=a2-b2=2.
因此 a=2,c= 2.
故椭圆
C
的离心率
e=ac=
2 2.
(2)设点 A,B 的坐标分别为(t,2),(x0,y0),其中 x0≠0.因为 OA⊥OB,所以 O→A·O→B=0,
椭圆中的最值(或范围)问题 探究 在椭圆的有关问题中,常出现离心率、弦长或面积的范围、最值问 题,这类问题一般思路是什么? 【提示】 (1)解决与椭圆有关的最值问题,一般先根据条件列出所求目标 函数的关系式,然后根据函数关系式的特征选用配方法,应用不等式的性质, 以及三角函数的最值求法求出它的最大值或最小值及范围.
【自主解答】 (1)由已知可得直线 l 的方程为 y-2=12(x-4),即 y=12x.
由y3x=62 +12xy9,2=1,
可得 x2-18=0,若设 A(x1,y1),B(x2,y2).
则 x1+x2=0,x1x2=-18.
于是|AB|= x1-x22+y1-y22= x1-x22+14x1-x22
(2)点差法:利用交点在曲线上,坐标满足方程,将交点坐标分别代入椭圆
方程,然后作差,构造出中点坐标和斜率的关系,具体如下:已知 A(x1,y1), B(x2,y2)是椭圆ax22+by22=1(a>b>0)上的两个不同的点,M(x0,y0)是线段 AB 的
中点,则aaxx212222++bbyy212222==11,,
(2)由xy2=+x2+y22=,2, 得 3x2+8x+6=0.
∵Δ=64-4×3×6=-8<0,
∴直线 y=x+2 与椭圆相离.
(3)由(1)、(2)知直线 y=x+ 3与椭圆的切点 P 满足条件,由(1)得 P 的坐标
为-233, 33,最小距离 d=|2-2 3|=
2-
6 2.
直线与椭圆的相交弦问题
[质疑·手记] 预习完成后,请将你的疑问记录,并与“小伙伴们”探讨交流: 疑问 1: 解惑: 疑问 2: 解惑: 疑问 3: 解惑:
[小组合作型] 直线与椭圆的位置关系
(1)若直线 mx+ny=4 和⊙O:x2+y2=4 没有交点,则过点 P(m,
n)的直线与椭圆x92+y42=1 的交点个数为(
阶
阶
段
段
一
三
第 2 课时 椭圆方程及性质的应用
学
业
阶
分
段
层
二
测
评
1.掌握直线与椭圆的位置关系. 2.通过一元二次方程根与系数关系的应用,解决有关椭圆的简单综合问 题.(重点) 3.能利用椭圆的有关性质解决实际问题.(难点)
[基础·初探] 教材整理 1 点与椭圆的位置关系 设点 P(x0,y0),椭圆ax22+by22=1(a>b>0). (1)点 P 在椭圆上⇔ax022+by202__=___1; (2)点 P 在椭圆内⇔ax022+by202_<___1; (3)点 P 在椭圆外⇔ax022+by202__>__1.
)
A.2 个
B.至多一个
C.1 个
D.0 个
(2)已知椭圆 4x2+y2=1 及直线 y=x+m,问 m 为何值时,直线与椭圆相切、
相交、相离?
【精彩点拨】 利用几何法判断直线与椭圆的位置关系.
【自主解答】
(1)若直线与圆没有交点,则 d=
4 m2+n2
>2,
∴m2+n2<4,即m2+4 n2<1.∴m92+n42<1,∴点(m,n)在椭圆的内部,故直
直线 y=kx+m 与椭圆ax22+by22=1(a>b>0)联立yax=22+kbyx22+=m1,, 消去 y 得一个
一元二次方程.
位置关系 相交
解的个数 _两___解
Δ 的取值 Δ__>__0
相切 相离
_一___解 __无__解
Δ__=__0 Δ__<__0
2.弦长公式 设直线 y=kx+b 与椭圆的交点坐标分别为 A(x1,y1),B(x2,y2),则|AB|= ______1_+__k_2|_x_1-__x_2_| ____= 1+k12·|y1-y2|.
解得 k=-12,且满足 Δ>0. 这时直线的方程为 y-2=-12(x-4),即 y=-12x+4.
法二:设 A(x1,y1),B(x2,y2),则有33xx662221 ++yy992221==11,, 两式相减得x223-6x12+y22-9 y21=0,整理得 kAB=yx22- -yx11=-396xy22++xy11, 由于 P(4,2)是 AB 的中点,∴x1+x2=8,y1+y2=4, 于是 kAB=-396××84=-12, 于是直线 AB 的方程为 y-2=-12(x-4),即 y=-12x+4.
D.±
3 3
把 y=kx+2 代入x32+y22=1 得(2+3k2)x2+12kx+6=0,
由于
Δ=0,∴k2=23,∴k=±
6 3.
【答案】 C
2.直线 y=x+2 与椭圆xm2+y32=1 有两个公共点,则 m 的取值范围是(
)
A.m>1
B.m>1 且 m≠3
C.m>3 【解析】
y=x+2, 由xm2+y32=1,
已知点(2,3)在椭圆mx22+ny22=1 上,则下列说法正确的是________
①点(-2,3)在椭圆外
②点(3,2)在椭圆上
③点(-2,-3)在椭圆内 ④点(2,-3)在椭圆上
【解析】 由椭圆的对称性知点(2,-3)也在椭圆上. 【答案】 ④
教材整理 2 直线与椭圆的位置关系
1.直线与椭圆的位置关系及判定
(2)若坐标原点 O 到直线 l 的距离为 23,求△AOB 面积的最大值. 【导学号:26160039】
【解】 (1)由ac= 36,a= 3, 所以 c= 2,b=1, 所以椭圆的方程为x32+y2=1.
(2)由已知 1|m+| k2= 23, 所以 m2=34(1+k2), 联立 l:y=kx+m 和x32+y2=1,
1.求解直线与椭圆相交所得的弦长问题,一般思路是将直线方程与椭圆方 程联立,得到关于 x(或 y)的一元二次方程,然后结合根与系数的关系及两点间 的距离公式求弦长.一定要熟记公式的形式并能准确运算.
2.解决椭圆中点弦问题的两种方法 (1)根与系数的关系法:联立直线方程和椭圆方程构成方程组,消去一个未 知数,利用一元二次方程根与系数的关系以及中点坐标公式解决.
=
5 2
x1+x22-4x1x2= 25×6
2=3
10.
所以线段 AB 的长度为 3 10.
(2)法一:设 l 的斜率为 k,则其方程为 y-2=k(x-4). 联立3x62 +y92=1,
y-2=kx-4, 消去 y 得(1+4k2)x2-(32k2-16k)x+(64k2-64k-20)=0. 若设 A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1+x2=321k+2-4k126k, 由于 AB 的中点恰好为 P(4,2),所以x1+2 x2=116+k2-4k82k=4,
线与椭圆有 2 个交点.
【答案】 A
(2)将 y=x+m 代入 4x2+y2=1, 消去 y 整理得 5x2+2mx+m2-1=0. Δ=4m2-20(m2-1)=20-16m2. 当 Δ=0 时,得 m=± 25,直线与椭圆相切. 当 Δ>0 时,得- 25<m< 25,直线与椭圆相交. 当 Δ<0 时,得 m<- 25或 m< 25,直线与椭圆相离.
已知椭圆3x62 +y92=1 和点 P(4,2),直线 l 经过点 P 且与椭圆交于 A、 B 两点.
(1)当直线 l 的斜率为12时,求线段 AB 的长度; (2)当 P 点恰好为线段 AB 的中点时,求 l 的方程. 【导学号:26160038】
【精彩点拨】 (1)设直线方程→联立方程组→利用弦长公式求解; (2)考查椭圆的中点弦问题及“点差法”的运用.
当且仅当 k=± 33时取等号, 验证知 k=± 33满足题意, 显然 k=0 时,|AB|2=3<4. 所以(S△AOB)max=12×2× 23= 23.
[构建·体系]
1.若直线 y=kx+2 与椭圆x32+y22=1 相切,则斜率 k 的值是(
)
6 A. 3
B.-
6 3
C.±
6 3
【解析】
解析几何中的综合性问题很多,而且可与很多知识联系在一起出题,例如 不等式、三角函数、平面向量以及函数的最值问题等,解决这类问题需要正确 地应用转化思想、函数与方程思想和数形结合思想.其中应用比较多的是利用 方程根与系数的关系构造等式或函数关系式,这其中要注意利用根的判别式来 确定参数的限制条件.
[再练一题] 3.(2016·成都高二检测)已知椭圆ax22+by22=1(a>b>0)的离心率为 36,短轴 的一个端点到右焦点的距离为 3,直线 l:y=kx+m 交椭圆于不同的两点 A, B. (1)求椭圆的方程;
判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)点 P(2,1)在椭圆x42+y92=1 的内部.(
)
(2)过椭圆外一点一定能作两条直线与已知椭圆相切.( )
(3)过点 A(0,1)的直线一定与椭圆 x2+y22=1 相交.(
)
(4)长轴是椭圆中最长的弦.( )
【答案】 (1)× (2)√ (3)√ (4)√
【解】 ∵e= 23,∴b2=14a2.∴椭圆方程为 x2+4y2=a2. 与 x+2y+8=0 联立消去 y,得 2x2+16x+64-a2=0, 由 Δ>0 得 a2>32,由弦长公式得 10=54×[64-2(64-a2)]. ∴a2=36,b2=9. ∴椭圆的方程为3x62 +y92=1.
[探究共研型]
(2)解决椭圆ax22+by22=1(a>b>0)中的范围问题常用的关系有 ①-a≤x≤a,-b≤y≤b; ②离心率 0<e<1; ③一元二次方程有解,则判别式 Δ≥0.
(2014·北京高考)已知椭圆 C:x2+2y2=4. (1)求椭圆 C 的离心率; (2)设 O 为原点,若点 A 在直线 y=2 上,点 B 在椭圆 C 上,且 OA⊥OB, 求线段 AB 长度的最小值. 【精彩点拨】 (2)中,设 A,B 坐标→O→A·O→B=0→|AB|化为关于 x0 的函数 →求最值.
1.直线与椭圆的位置关系是通过代数法完成的,Δ 的符号决定了交点的个 数,从而确定了其位置关系.
2.有关直线与椭圆的位置关系存在两类问题,一是判断位置关系,二是依 据位置关系确定参数的范围,两类问题在解决方法上是一致的,都要将直线与 椭圆方程联立,利用判别式及根与系数的关系进行求解.
[再练一题] 1.已知椭圆的方程为 x2+2y2=2. (1)判断直线 y=x+ 3与椭圆的位置关系; (2)判断直线 y=x+2 与椭圆的位置关系; (3)在椭圆上找一点 P,使 P 到直线 y=x+2 的距离最小,并求出这个最小 距离. 【解】 (1)由xy2=+x2+y2=32,, 得 3x2+4 3x+4=0, ∵Δ=(4 3)2-4×3×4=0, ∴直线 y=x+ 3与椭圆相切.
消去 y,整理可得: (1+3k2)x2+6kmx+3m2-3=0, 所以 x1+x2=1-+63kmk2,x1x2=31m+2-3k32 , 所以|AB|2=(1+k2)(x1-x2)2 =121+k12+33kk2+221-m2 =3k2+1+139kk222+1=3+9k4+126kk22+1 =3+9k2+12k12+6≤4(k≠0),
②
①
由①-②,得a12(x21-x22)+b12(y21-y22)=0,变形得yx11- -yx22=-ba22·xy11+ +xy22=-ba22·xy00, 即 kAB=-ba22xy00.
[再练一题] 2.椭圆ax22+by22=1(a>b>0)的离心率为 23,且椭圆与直线 x+2y+8=0 相交 于 P,Q,且|PQ|= 10,求椭圆的方程.
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【自主解答】 (1)由题意,椭圆 C 的标准方程为x42+y22=1, 所以 a2=4,b2=2,从而 c2=a2-b2=2.
因此 a=2,c= 2.
故椭圆
C
的离心率
e=ac=
2 2.
(2)设点 A,B 的坐标分别为(t,2),(x0,y0),其中 x0≠0.因为 OA⊥OB,所以 O→A·O→B=0,
椭圆中的最值(或范围)问题 探究 在椭圆的有关问题中,常出现离心率、弦长或面积的范围、最值问 题,这类问题一般思路是什么? 【提示】 (1)解决与椭圆有关的最值问题,一般先根据条件列出所求目标 函数的关系式,然后根据函数关系式的特征选用配方法,应用不等式的性质, 以及三角函数的最值求法求出它的最大值或最小值及范围.
【自主解答】 (1)由已知可得直线 l 的方程为 y-2=12(x-4),即 y=12x.
由y3x=62 +12xy9,2=1,
可得 x2-18=0,若设 A(x1,y1),B(x2,y2).
则 x1+x2=0,x1x2=-18.
于是|AB|= x1-x22+y1-y22= x1-x22+14x1-x22
(2)点差法:利用交点在曲线上,坐标满足方程,将交点坐标分别代入椭圆
方程,然后作差,构造出中点坐标和斜率的关系,具体如下:已知 A(x1,y1), B(x2,y2)是椭圆ax22+by22=1(a>b>0)上的两个不同的点,M(x0,y0)是线段 AB 的
中点,则aaxx212222++bbyy212222==11,,
(2)由xy2=+x2+y22=,2, 得 3x2+8x+6=0.
∵Δ=64-4×3×6=-8<0,
∴直线 y=x+2 与椭圆相离.
(3)由(1)、(2)知直线 y=x+ 3与椭圆的切点 P 满足条件,由(1)得 P 的坐标
为-233, 33,最小距离 d=|2-2 3|=
2-
6 2.
直线与椭圆的相交弦问题
[质疑·手记] 预习完成后,请将你的疑问记录,并与“小伙伴们”探讨交流: 疑问 1: 解惑: 疑问 2: 解惑: 疑问 3: 解惑:
[小组合作型] 直线与椭圆的位置关系
(1)若直线 mx+ny=4 和⊙O:x2+y2=4 没有交点,则过点 P(m,
n)的直线与椭圆x92+y42=1 的交点个数为(
阶
阶
段
段
一
三
第 2 课时 椭圆方程及性质的应用
学
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二
测
评
1.掌握直线与椭圆的位置关系. 2.通过一元二次方程根与系数关系的应用,解决有关椭圆的简单综合问 题.(重点) 3.能利用椭圆的有关性质解决实际问题.(难点)
[基础·初探] 教材整理 1 点与椭圆的位置关系 设点 P(x0,y0),椭圆ax22+by22=1(a>b>0). (1)点 P 在椭圆上⇔ax022+by202__=___1; (2)点 P 在椭圆内⇔ax022+by202_<___1; (3)点 P 在椭圆外⇔ax022+by202__>__1.
)
A.2 个
B.至多一个
C.1 个
D.0 个
(2)已知椭圆 4x2+y2=1 及直线 y=x+m,问 m 为何值时,直线与椭圆相切、
相交、相离?
【精彩点拨】 利用几何法判断直线与椭圆的位置关系.
【自主解答】
(1)若直线与圆没有交点,则 d=
4 m2+n2
>2,
∴m2+n2<4,即m2+4 n2<1.∴m92+n42<1,∴点(m,n)在椭圆的内部,故直
直线 y=kx+m 与椭圆ax22+by22=1(a>b>0)联立yax=22+kbyx22+=m1,, 消去 y 得一个
一元二次方程.
位置关系 相交
解的个数 _两___解
Δ 的取值 Δ__>__0
相切 相离
_一___解 __无__解
Δ__=__0 Δ__<__0
2.弦长公式 设直线 y=kx+b 与椭圆的交点坐标分别为 A(x1,y1),B(x2,y2),则|AB|= ______1_+__k_2|_x_1-__x_2_| ____= 1+k12·|y1-y2|.