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第十二章12.3椭圆学
12.3椭圆的标准方程一、情境设置、新课引入我们已经知道:在平面内到一个定点的距离为定值的点的轨迹是圆,到两个定点的距离的平方和为定值的点的轨迹也是圆。那么,在平面内到两个定点的距离的和为定值的点的轨迹是什么?取一条长为的绳子,把它的两端都固定在图板上的两点、(),用铅笔把绳子拉紧,使笔尖在图板上慢慢移动一周,笔尖点画出来的图形就是一个椭圆。二、概念讲解定义:我们把平面内到两个定点、的距离和等于常数()的点的轨迹叫做椭圆。这两个定点、叫做椭圆的焦点,两个焦点的距离叫做焦距。说明:(1)与圆的定义类似,在椭圆定义中仍应强调“平面内”;(2)在定义中强调了这个条件,若无此条件,则所得图形不一定为椭圆。当,则动点的轨迹为线段;若,则所求轨迹不存在。因此定义中“”这一条件不能省略。三、椭圆的标准方程:椭圆标准方程的推导:设定点、之间的距离为(显然),取线段所在直线为轴,线段的垂直平分线为轴,建立直角坐标系,则、的坐标分别为、。设是椭圆上的任意一点,点到、的距离和等于(),,且,即将上式两边平方,得可化为:,两边再平方,得:,整理的:,设(),得:,即:()------------------------------①由上述推导过程可以知:椭圆上的任意一点的坐标都是方程①的解;反之,可以证明以方程①的解为坐标的点都在这个椭圆上。证明过程为:设点满足方程①,即,则, ()同理 ,即以方程①的解为坐标的点都在这个椭圆上。所以方程①是这个椭圆的方程,它所表示的椭圆的焦点在轴上,坐标为,这里的、、满足关系式。如果所建立的直角坐标系使焦点、在轴,设、的坐标分别为,、的意义同上,那么所得椭圆方程为:()--------②这里方程①和②都叫做椭圆的标准方程。说明:1、两种标准方程均有条件,因此对于方程,只要满足,即为椭圆方程; 2、两种形式的标准方程的不同是椭圆的位置不同,焦点坐标也不相同;由于,所以可以根据分母大小来判定椭圆的焦点在哪个坐标轴上,分母哪个大,焦点就在哪个坐标轴上。四、应用举例例1、求适合下列条件的椭圆的标准方程:焦点在轴上,焦距为8,椭圆上一点到两个焦点的距离的和为10;(2)两个焦点坐标为和,且过点;(3)焦点在坐标轴上,且关于原点对称,焦距为,且经过点。解:(1)椭圆标准方程为;(2)椭圆标准方程为;(3)椭圆标准方程为和;例2、已知、为两个定点,且,且的周长为16,求顶点的轨迹方程。解:的轨迹方程为()。变式一:已知,、、成等差数列,求点的轨迹方程;变式二:在中,,,求顶点的轨迹方程。12.3椭圆的标准方程(2)一、概念复习问题一:椭圆的定义是什么?问题二、椭圆的标准方程是怎样的?答:焦点在轴上的椭圆的标准方程为:();焦点在轴上的椭圆的标准方程为:()。二、例题深入例1、求焦点在坐标轴上,且经过和两点的椭圆的标准方程。解:设所求椭圆方程为(),经过和两点,解此方程组可得:解得,故所求方程为点评:当焦点不确定时,为避免分类讨论,为避免计算复杂,可设椭圆方程为(),不必考虑焦点位置,用待定系数法求出、即可。例2、的两个顶点坐标分别为和,另两边、的斜率的乘积为,求顶点的轨迹方程。解:的轨迹方程为:()此题推广为:的两个顶点坐标分别为和(),另两边、的斜率的乘积为(),求顶点的轨迹方程。依题意可得:化简可得:即:()例3、如图,已知一个圆的圆心为坐标原点,半径为2,从这个圆上任意一点向轴作垂线段,求线段中点的轨迹。解:设轨迹上任意一点的坐标为,则,,由在圆上,可得:,即点的轨迹方程为:。点评:(1)在求点的轨迹方程时,可先用、来表示已知轨迹上的点,再用代入法求出所求轨迹方程;由本题结论可以看出,将圆按某个方向均匀地压缩(拉长),可以得到椭圆。例4、一动圆与已知圆外切,与圆内切,试求这动圆圆心的轨迹方程。解:动圆圆心的轨迹方程为:点评:当动点的轨迹满足椭圆定义时,可直接用定义写出方程,而不必要去重复繁琐的化简。三、补充练习1、已知椭圆的一个焦点为,求的值。解:。2、已知椭圆中心在原点,且经过点,,求椭圆的标准方程。解:或。3、的底边,和两边上中线之和为30,求此三角形重心的轨迹和顶点的轨迹。解:所求方程为() 点的轨迹为以为焦点椭圆(除轴上两点外)。的轨迹方程为:(),点的轨迹为以为焦点椭圆(除轴上两点外)。4、已知点在以坐标轴为对称轴的椭圆上,点到焦点的距离分别为和,过点作焦点所在轴的垂线,它恰好过椭圆的一个焦点,求椭圆方程。解:所求椭圆方程为:或12.4椭圆的性质(1)一、复习引入问题一:椭圆的标准方程是怎样的?问题二:在直角坐标系内,关于轴、轴、原点对称的点的坐标之间有什么关系? 问题三:在直角坐标系内,如何判断某方程所表示的图形关于轴、轴、原点对称? 二、新课研究椭圆几何性质的研究,从椭圆标准方程--①来研究。对称性:椭圆既是
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