椭圆习题

例1【2017宝鸡中学高三理科第一次月考第22题】
已知右焦点为(F)的椭圆(M:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{3}=1(a>sqrt{3}))与直线(y=cfrac{3}{sqrt{7}})相交于(P)(Q)两点,且(PFperp QF)

(1)、求椭圆(M)的方程。
(2)、(O)为坐标原点,(A)(B)(C)是椭圆(M)上不同三点,并且(O)(Delta ABC)的重心,试探究(Delta ABC)的面积是否为定值,若是,求出这个定值;若不是,说明理由。

分析:(1)、将(y=cfrac{3}{sqrt{7}})代入椭圆方程,得到(x=pmcfrac{2}{sqrt{7}}a)

故得到P((cfrac{2}{sqrt{7}}a,cfrac{3}{sqrt{7}})), Q((-cfrac{2}{sqrt{7}}a,cfrac{3}{sqrt{7}})),F((sqrt{a^2-3},0))

这样(overrightarrow{PF}=(sqrt{a^2-3}-cfrac{2}{sqrt{7}}a,-cfrac{3}{sqrt{7}}))(overrightarrow{QF}=(sqrt{a^2-3}+cfrac{2}{sqrt{7}}a,-cfrac{3}{sqrt{7}}))

(overrightarrow{PF}cdotoverrightarrow{QF}=0),得到(a^2=4)

故椭圆M:(cfrac{x^2}{4}+cfrac{y^2}{3}=1)

(2)、待编辑。

例2【2017凤翔中学高三理科第三次月考第14题】【利用椭圆的定义求解】

已知直线(l)交椭圆(cfrac{x^2}{9}+cfrac{y^2}{5}=1)(A、B)两点,(F_1)是椭圆的左焦点,当直线(l)经过椭圆的右焦点时,求(Delta ABF_1)的周长。

分析:由题可知,(a=3),如图所示,由椭圆的定义可知(|AF_1|+|AF_2|=2a)(|BF_1|+|BF_2|=2a)

(Delta ABF_1)的周长为(|AF_1|+|BF_1|+|AB|=|AF_1|+|BF_1|+|AF_2|+|BF_2|=4a=12)

例3【2017凤翔中学高三理科第三次月考第20题】已知椭圆(C:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1(a>b>0))的离心率为(cfrac{sqrt{3}}{2}),椭圆(C)的长轴长为(4)

(1)求椭圆(C) 的方程;

(2)已知直线(l:y=kx-sqrt{3})与椭圆(C)交于(A,B)两点,是否存在实数(k)使得以线段(AB)为直径的圆恰好经过坐标原点(O)?若存在,求出(k)的值;若不存在,请说明理由。

分析:(1)设椭圆(C)的半焦距为(c),则由题目可知,(2a=4)(cfrac{c}{a}=cfrac{sqrt{3}}{2})

解得(b^2=1)(a^2=4),故椭圆(C) 的方程为(cfrac{x^2}{4}+y^2=1)

(2)存在实数(k),使得以线段(AB)为直径的圆恰好经过坐标原点(O)。理由如下:

设点(A(x_1,y_1)),点(B(x_2,y_2)),将直线(l:y=kx-sqrt{3})代入椭圆(C) 的方程为(cfrac{x^2}{4}+y^2=1)

整理得到((1+4k^2)x^2-8sqrt{3}kx+8=0 (*))

则由韦达定理有(x_1+x_2=cfrac{8sqrt{3}k}{1+4k^2})(x_1x_2=cfrac{8}{1+4k^2})

由于以线段(AB)为直径的圆恰好经过坐标原点(O),故满足(overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OB}=0)

(x_1x_2+y_1y_2=0),又(y_1y_2=k^2x_1x_2-sqrt{3}k(x_1+x_2)+3)

则有(cfrac{8}{1+4k^2}-cfrac{4k^2-3}{1+4k^2}=0)

解得(k=pm cfrac{sqrt{11}}{2})

经过检验知道,此时((*))式的(Delta >0),满足题意。

所以当(k=pm cfrac{sqrt{11}}{2})时,以线段(AB)为直径的圆恰好经过坐标原点(O)

例4【2019届宝鸡市高三理科数学质检Ⅰ第19题】已知椭圆(C:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1,a>b>0)的两个焦点和短轴的两个端点都在圆(x^2+y^2=1)

(1)求椭圆(C)的方程;

分析:由题目可知,(b=1)(c=1),则(a^2=2)

故椭圆方程为(C:cfrac{x^2}{2}+y^2=1)

(2)若斜率为(k)的直线过点(M(2,0)),且与椭圆(C)相交于(A、B)两点,试探讨(k)为何值时,(OAperp OB)

分析:设点(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2)),直线(AB)的方程为(y=k(x-2))

(left{egin{array}{l}{y=k(x-2)}\{cfrac{x^2}{2}+y^2=1}end{array} ight.),消去(y)得到,((1+2k^2)x^2-8k^2x+8k^2-2=0)

所以(x_1+x_2=cfrac{8k^2}{1+2k^2})(x_1x_2=cfrac{8k^2-2}{1+2k^2})

由于(OAperp OB),所以(x_1x_2+y_1y_2=0)

(y_1y_2=k^2(x_1-2)(x_2-2)),所以(x_1x_2+k^2(x_1-2)(x_2-2)=0)

((1+k^2)x_1x_2-2k^2(x_1+x_2)+4k^2=0)

所以(cfrac{(1+k^2)(8k^2-2)}{1+2k^2}-cfrac{16k^4}{1+2k^2}+4k^2=0)

解得(k^2=cfrac{1}{5}),此时(Delta >0),所以(k=pm cfrac{sqrt{5}}{5})

例5椭圆(C:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1(a>0,b>0))的左右焦点为(F_1,F_2),焦距(2c),若直线(y=sqrt{3}(x+c))与椭圆(C)的一个交点为(M),满足(angle MF_1F_2=2angle MF_2F_1),则该椭圆的离心率(e)=___________。

待解答。

例6【2017高考理科数学Ⅲ卷第10题】已知椭圆(C:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1(a>0,b>0))的左右顶点为(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,则椭圆(C)的离心率为【】

$A.cfrac{sqrt{6}}{3}$ $B.cfrac{sqrt{3}}{3}$ $C.cfrac{sqrt{2}}{3}$ $D.cfrac{1}{3}$

分析:由于(A_1A_2=2a),故圆的半径为(r=a),由题目圆与直线(bx-ay+2ab=0)相切,

则圆心到此直线的距离(d=r),即(cfrac{|b imes 0-a imes 0+2ab|}{sqrt{a^2+b^2}}=a),解得(a^2=3b^2),则(c^2=a^2-b^2=2b^2)

(e^2=cfrac{c^2}{a^2}=cfrac{2b^2}{3b^2}=cfrac{sqrt{6}}{3}),故选(A)

例7【2019届高三理科数学三轮模拟训练用题】定义:椭圆(cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1(a>b>0))中长度为整数的焦点弦(过焦点的弦)为“好弦”,则椭圆(cfrac{x^2}{25}+cfrac{y^2}{9}=1)的所有“好弦”的长度为【】

$A.162$ $B.166$ $C.312$ $D.364$

分析:椭圆(cfrac{x^2}{25}+cfrac{y^2}{9}=1)中的最短弦长为通经,最长的弦长为长轴的长,容易计算得到通经长为(cfrac{18}{5}=3.6),则椭圆的弦从最短的弦变化为最长的弦的过程中,得到的好弦的长度分别为(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)

而且由于椭圆关于(x)轴对称,故有两组,又由于焦点有两个,故还有两组,故共有四组,其和为((4+5+6) (+7+8+9+) (10) imes 4) (=196),但是上述的计算过程中将最长的好弦(即长轴)多计算了3次,故所求为(196-30=166),故选(B)

例8已知椭圆(C:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1(a>b>0))的左焦点为(F),离心率为(cfrac{sqrt{2}}{2}),短轴的两个端点分别为(A)(B)(S_{ riangle ABF}=1).

(1).求椭圆(C)的标准方程;

分析:由于(S_{ riangle ABF}=1),则(cfrac{1}{2}ccdot 2b=1),即(bc=1)

又由于(e=cfrac{c}{a}=cfrac{sqrt{2}}{2})(a^2=b^2+c^2)

解得(a^2=2)(b^2=1),即椭圆(C)的标准方程为(cfrac{x^2}{2}+y^2=1)

(2).过点(D(2,0))的直线(l)与椭圆(C)交于不同的两点(M)(N)((M)(D)(N)之间),求(cfrac{S_{ riangle ODM}}{S_{ riangle ODN}})((O)为坐标原点)的取值范围;

分析:设(M(x_1,y_1))(N(x_2,y_2)),直线(l)的方程为(x=my+2),与椭圆方程(cfrac{x^2}{2}+y^2=1)联立,

消去(x)得到,((m^2+2)y^2+4my+2=0),由(Delta =8m^2-16>0),得到(m^2>2)

所以(y_1+y_2=cfrac{-4m}{m^2+2})(y_1y_2=cfrac{2}{m^2+2})

(cfrac{S_{ riangle ODM}}{S_{ riangle ODN}}=cfrac{|y_1|}{|y_2|}=t),由于(|y_1|<|y_2|),则有(0<t<1)

(cfrac{(y_1+y_2)^2}{y_1y_2}=t+cfrac{1}{t}+2=cfrac{8m^2}{m^2+2}=cfrac{8}{1+cfrac{1}{m^2}}in (1,8))

(3-2sqrt{2}<t<1),所以(cfrac{S_{ riangle ODM}}{S_{ riangle ODN}})的取值范围为((3-2sqrt{2},1))

例9【2019届高三理科数学三轮模拟训练题】已知椭圆(E:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^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)于点(A)(B)两点,若(|AF|+|BF|=6),点(M)与直线(l)的距离不小于(cfrac{8}{5}),则椭圆(E)的离心率的取值范围是【】

$A.(0,cfrac{2sqrt{2}}{3})$ $B.(0,cfrac{sqrt{5}}{3}]$ $C.[cfrac{sqrt{6}}{3},1)$ $D.[cfrac{2sqrt{2}}{3},1)$

分析:设椭圆的左焦点为(F_1),则由( riangle FOB cong riangle F_1OA),则可知(|AF_1|=|BF|),则由(|AF|+|BF|=6)结合椭圆的定义,得到(2a=6),则(a=3)

又由于点(M)与直线(l)的距离不小于(cfrac{8}{5}),得到(cfrac{|-4b|}{5}ge cfrac{8}{5}),解得(bge 2)

(e^2=cfrac{c^2}{a^2}=cfrac{a^2-b^2}{a^2}=1-cfrac{b^2}{9}leq 1-cfrac{4}{9}=cfrac{5}{9}),故(0<eleq cfrac{sqrt{5}}{3})。故选(B)

例10【2019届高三理科数学三轮模拟试题】已知椭圆(C:x^2+cfrac{y^2}{b^2}=1(b>0,b eq 1))与直线(l:y=x+m)交于(M)(N)两点,(B)为上顶点,若(|BM|=|BN|),则(b)的取值范围为______________。

分析:设(M(x_1,y_1))(N(x_2,y_2)),线段(MN)的中点(P(x_0,y_0))

则由(b^2x_1^2+y_1^2=b^2)①,(b^2x_2^2+y_2^2=b^2)②,且有(cfrac{y_2-y_1}{x_2-x_1}=1)

由点差法,①-②得到,(b^2(x_1+x_2)=-(y_1+y_2)),即(x_0b^2=-y_0)③,

(|BM|=|BN|),则(BPperp MN)(k_{BP}=-1=cfrac{y_0-b}{x_0})④,

由③④可得,(x_0=cfrac{b}{1-b^2})(y_0=cfrac{b^3}{1-b^2}),由于点(P(cfrac{b}{1-b^2},cfrac{b^3}{1-b^2}))在椭圆内,

(cfrac{b^2}{(1-b^2)^2}+cfrac{frac{b^6}{(1-b^2)^2}}{b^2}<1)

解得(3b^2<1),又(b>0),故(0<b<cfrac{sqrt{3}}{3})

解后反思:①出现这种范围问题的求解策略,其一,联立求解(Delta >0);其二,点(P(x_0,y_0))在椭圆内,则(cfrac{x_0^2}{a^2}+cfrac{y_0^2}{b^2}<1)

②涉及到与圆锥曲线相交的直线的斜率、中点问题常常考虑使用点差法。

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