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椭圆离心率的解法

来源:飒榕旅游知识分享网
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。

|PF||QF||AO||AF|

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=②e=③e=④e=

|PD||BF||BO||BA||FO|

⑤e=

|AO|

D P Q A B F O 评:AQP为椭圆上的点,根据椭圆的第二定义得,①②④。 a

∵|AO|=a,|OF|=c,∴有⑤;∵|AO|=a,|BO|= ∴有③。

c

x y

题目1:椭圆2 +2=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?

a b

2

2

2

A B F1 F2

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|=3c

c

c+3c=2a ∴e= = 3-1

a

P F2 OF1 x y

变形1:椭圆2 +2=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?

a b 解:连接PF2 ,则|OF2|=|OF1|=|OP|,∠F1PF2 =90°图形如上图,e=3-1

2 2

P B F1 O F2 A x y

变形2: 椭圆2 +2=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?

a b b

解:∵|PF1|= |F2 F1|=2c |OB|=b |OA|=a

a|PF1| b22PF2 ∥AB ∴= 又 ∵b= a-c

|F2 F1|a ∴a=5c e=

2

2

2

2 2

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

x y

题目2:椭圆2 +2=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?

a b

2

2

B A O F

解:|AO|=a |OF|=c |BF|=a |AB|=a+b 222 222222a+b+a =(a+c) =a+2ac+c a-c-ac=0 两边同除以a -1+5 -1-52

e+e-1=0 e= e=(舍去)

22

x y -1+5

变形:椭圆2 +2=1(a>b >0),e=, A是左顶点,F是右焦点,B是短轴的一个顶点,求∠ABF?

a b 2

2

2

2

2

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=

5-1

2

的椭圆为优美椭圆。 性质:1、∠ABF=90°2、假设下端点为B1 ,则ABFB1 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。 2

2

题目3:椭圆x y

a2 +b2 =1(a>b >0),过左焦点F1 且倾斜角为60°的直线交椭圆与AB两点,若|F1A|=2|BF1|,求e?

解:设|BF1|=m 则|AF2|=2a-2m |BF2|=2a-m

2

2

在△AF1F2 及△BF1F2 中,由余弦定理得:a –c=m(2a-c) 2(a2-c2)=m(2a+c) 两式相除:2a-c 2a+c =12 e=23

2 2

题目4:椭圆x y

a2 +b2 =1(a>b >0)的两焦点为F1 (-c,0)、F2 (c,0),P是以|F1F2|为直径的圆与椭圆的一个交点,且

∠PF1F2 =5∠PF2F1 ,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:|F1F2||F1P||PF2|

sin F = = 1PF2 sin F1F2P sin PF1F2 根据和比性质:

|F1F2||F1P|sin FPF= +|PF2|

sinF

12 1F2P+sin PF1F2 变形得:

|F1F2| sin F1PF2

|PF|+|F =sin F= 21P|1F2P +sin PF1F2

=2c 2a

=e ∠PF1F2 =75°∠PF2F1 =15° e=

sin90° sin75°+sin15° =6

3

点评:在焦点三角形中,使用第一定义和正弦定理可知 e=

sin F1PF2

sin F

1F2P +sin PF1F2

变形1:椭圆x2

2

a +y

2b2 =1(a>b >0)的两焦点为F1 (-c,0)、F2 (c,0),P是椭圆上一点,且∠F1PF2 =60°,求e的取值范围?

分析:上题公式直接应用。

解:设∠F1F2P=α,则∠F2F1P=120°-α e=

sin F1PF2 sin60°sin F=

sinα+sin(120°-α) =

1F2P +sin PF1F2 1 2sin(α+30°)≥12 ∴1

2

≤e<1

2

2

变形2:已知椭圆x4+ y1 4t2 =1 (t>0) F1F2 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∠PF1F2 =α,∠PF2F1 =β若3 2sin α+βα+β α β α β

解;根据上题结论e=sin F1PF2 sin(α+β)

2 cos 2 cos 2cos 2 -sin 2 sin 2

sin F= == 1F2P +sin PF1F2 sinα+sinβ 2sin α+βα-β 2 cos α β α β

2 cos 2cos 2 +sin 2 sin 2

1- tan α β

= 2 tan 2

=e 1- tan α β

2 tan 2

∵13<1-e 1+e <12 ∴11

3三、 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x2 y2

→→→a2 +b2

=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

A(X1,Y1) O B(X2,Y2) e?

法一:设A(x1,y1) ,B(x2,y2)

2

bx2+a2y2=a2b2 y=x-c

(a2

+b2

)x2

-2a2

cx+a2c2

-a2b2=0 2

2

2

x+x2ac2ac-2bc12=a2+b2 y1+y2=a2+b2-2c=a2+b2 →→

OA+OB=(x1+x2,y1+y2)与(3,-1)共线,则 -(x+x)既 a2

=3b2

e=6

12)=3(y1+y23

→→→

法二:设AB的中点N,则2ON=OA+OB

x1y1 a2+ b2 =1 ①

① -② 得: x22y22

2+ 2 =1 ② a b

y1-y2bx1 +x2 b622

=- 2 ∴1=- 2(-3) 既a=3b e= x1-x2 a y1+y2a 3 四、 由图形中暗含的不等关系,求离心率的取值范围。

2 2→→x y

题目6:椭圆2 +2=1(a>b >0)的两焦点为F1 (-c,0)、F2 (c,0),满足MF1·MF2 =0的点M总在椭圆内部,则e的取值范围?

2

2

22

a b

M F1 O F2

→→

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:∴ca2

=b2

+c2

>2c2

∴02

2 2

题目7:椭圆x y

a2 +b2

=1(a>b >0)的两焦点为F1 (-c,0)、F2 (c,0),P为右准线L上一点,P M F1 O F2 取值范围?

分析:思路1,如图F1P与 F2M 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 a2

2

-c解法一:F(-c,0) Fa

c y0 1 2 (c,0) P(c ,y0 ) M( 2 ,2

) 2既( by0 →a

22c , 2 ) 则PF1 =-( c

+c, y0 )

→MF b2y0 →→2 =-( 2c -c, 2

) PF1·MF2 =0

22

( a bc +c, yy0

0 ) ·( 2c -c, 2 )=0 a2

b2

y2

( 0c +c)·( 2c -c)+ 2 =0 a2

-3c2

≤0 ∴3

3

≤e<1

解法2:|F1F2|=|PF2|=2c

2

2

2

|PFaaa

2|≥c -c 则2c≥c -c 3c≥c 3c2

≥a2

则3

3

≤e<1

F1P的垂直平分线恰过F2 点,求e的

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。

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