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专题17椭圆与双曲线共焦点问题
微点1椭圆与双曲线共焦点常用结论及其初步应用
【微点综述】
圆锥曲线是高中数学的重要研究对象,其中具有相同焦点的椭圆与双曲线更是引人瞩目,耐人寻味.在近年高考及全国各地模拟考试中,频繁出现以共焦点的椭圆与双曲线为背景的两离心率之积与两离心率倒数之和的最值与范围问题,此类问题因涉及知识的交汇、体现综合运用能力,学生面对此类问题往往束手无策,本文介绍与此类问题有关的结论,通过具体例子说明结论的应用,供同学们复习时参考.
一、常用结论
【结论1】已知点是椭圆与双曲线共同的焦点,分别为的离心率,点是与的一个公共点,则.
证明:由已知得消去得,
又,因此.
又.
【结论2】已知点是椭圆与双曲线共同的焦点,分别为的离心率,点是与的一个公共点,,则.
证明:由椭圆与双曲线的定义得两式分别平方再相减得.
在中,由余弦定理得,
,
,同理可得,
,
.
由椭圆与双曲线的焦点三角形面积公式得
.
【结论3】已知点是椭圆与双曲线共同的焦点,分别为的离心率,点是与的一个公共点,,则.
证明:由结论2得,又.
注意到.
【结论4】已知点是椭圆与双曲线共同的焦点,分别为的离心率,点是与的一个公共点,则.
证明:.
【评注】结论4反映之间的等量关系式,等式左边是两分式之和,分母分别是,分子分别是,等式右边是与的平方和.
【结论5】已知点是椭圆与双曲线共同的焦点,分别为的离心率,点是与的一个公共点,,则,即.
证明:证法1:在中,由余弦定理得
,即,
,
即,亦即.
证法2:借助焦点三角形面积公式运用面积公式,设椭圆的短半轴长为,双曲线的虚半轴长为,
则,,所以,,,
,整理得:,即.
【结论6】已知点是椭圆与双曲线共同的焦点,点是椭圆与双曲线的一个公共点,则椭圆与双曲线在点处的切线相互垂直.
证明:椭圆在点处的切线方程为,该切线的斜率为,
双曲线在点处的切线,该切线的斜率为,;又由结论1得,
则椭圆与双曲线在点处的切线相互垂直.
【结论7】若点是椭圆与双曲线的一个公共点,且它们在点处的切线相互垂直,则椭圆与双曲线有共同的焦点.
证明:由已知得消去得,
因此.
由已知得,
椭圆与双曲线有共同的焦点.
二、应用举例
(一)公共点问题
1.已知点,分别为椭圆的左、右焦点,椭圆与双曲线的一个交点为,为坐标原点,直线的斜率为,则.
(二)公共焦点三角形问题
2.已知椭圆与双曲线有公共焦点,是它们的一个公共点,则的面积为,的形状是.
例3.(2022·上海·高三专题练习)
3.已知?,设P是椭圆与双曲线的交点之一,则.
(三)角度问题
4.设椭圆与双曲线有公共焦点,,是两条曲线的一个公共点,则等于.
(四)公共点处切线有关问题
5.已知椭圆与双曲线有公共焦点,点在双曲线上,则该双曲线在点处的切线的斜率为.
(五)求离心率的值
例5.(2022·云南云南·高二月考)
6.已知椭圆与双曲线有相同的焦点,点是两曲线的一个公共点,且,若双曲线为等轴双曲线,则椭圆的离心率为.
7.若两曲线在交点处的切线互相垂直,则称这两条曲线在点处正交.设椭圆与双曲线在交点处正交,则椭圆的离心率为.
不难看出,有了以上性质之后,在解决有关共焦点的椭圆与双曲线的相关问题时,处理起来往往会比较简便,真正达到“少算、巧算”的目的.当然在具体的题目中,以上性质是否有用,取决于相应的题目条件.在教学过程中我们可以适当引导学生作出相应的归纳总结,如本文中由于经常出现共焦点的椭圆与双曲线的相关问题,我们不妨将其进行有效地研究与归纳总结,帮助学生提高计算的准确性与方法选择的恰当性,从而高效地解决问题.
(五)求椭圆、双曲线离心率之积的取值范围或最值问题
(六)求(为正常数)型最值问题
综上可知,共焦点的椭圆与双曲线一般有如下几类题型:
一是求两离心率之积的取值范围或最值问题;二是求两离心率的倒数之和的最大值问题.不论是哪种题型,一般先由结论4或结论5得出的等量关系式,将问题转化为二元条件最值问题,若求的取值范围或最值问题,一般可考虑均值不等式、三角换元、消元等方法处理;若求(为正常数)的最大值,一般可考虑柯西不等式或三角换元等方法处理.
8.设,分别为具有公共焦点与的椭圆和双曲线的离心率,为两曲线的一个公共点,且满足,则的值为??
A. B.1 C.2 D.不确定
9.已知椭圆和双曲线有共同的焦点,,P是它们的一个交点,且,记椭圆和双曲线的离心率分别
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