三角形内切椭圆的构造

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steiner三角形最小面积外接椭圆定理

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高二上册数学选修一《2.5 椭圆及其方程》知识点梳理

高二上册数学选修一《2.5 椭圆及其方程》知识点梳理

高二上数学选修一第二章《平面解析几何》知识点梳理2.5.1椭圆的标准方程学习目标:1.掌握椭圆的定义,会用椭圆的定义解决实际问题.(重点)2.掌握用定义法和待定系数法求椭圆的标准方程.(重点)3.理解椭圆标准方程的推导过程,并能运用标准方程解决相关问题.(难点)“嫦娥二号”卫星是探月二期工程的技术先导星,实现月球软着陆进行部分关键技术试验,入太空轨道绕月球运转时,1.椭圆的定义(1)定义:如果F 1,F 2是平面内的两个定点,a 是一个常数,且2a >|F 1F 2|,则平面内满足|PF 1|+|PF 2|=2a 的动点P 的轨迹称为椭圆.(2)相关概念:两个定点F 1,F 2称为椭圆的焦点,两个焦点之间的距离|F 1F 2|称为椭圆的焦距.思考1:椭圆定义中,将“大于|F 1F 2|”改为“等于|F 1F 2|”或“小于|F 1F 2|”的常数,其他条件不变,点的轨迹是什么?[提示]2a 与|F 1F 2|的大小关系所确定的点的轨迹如下表:条件结论2a >|F 1F 2|动点的轨迹是椭圆2a =|F 1F 2|动点的轨迹是线段F 1F 22a <|F 1F 2|动点不存在,因此轨迹不存在2.椭圆的标准方程焦点位置在x 轴上在y 轴上标准方程x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0)(±c,0)(0,±c ):确定椭圆标准方程需要知道哪些量?[提示]a ,b 的值及焦点所在的位置.思考3:根据椭圆方程,如何确定焦点位置?[提示]把方程化为标准形式,x 2,y 2的分母哪个大,焦点就在相应的轴上.1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)平面内与两个定点F 1,F 2的距离之和等于常数的点的轨迹是椭圆.()(2)椭圆x 216+y 225=1的焦点坐标是(±3,0).()(3)y 2a 2+x 2b 2=1(a ≠b )表示焦点在y 轴上的椭圆.()[答案](1)×(2)×(3)×[提示](1)×需2a >|F 1F 2|.(2)×(0,±3).(3)×a >b >0时表示焦点在y 轴上的椭圆.2.以下方程表示椭圆的是()A .x 2+y 2=1B .2x 2+3y 2=6C .x 2-y 2=1D .2x 2-3y 2=6B[只有B 可化为x 23+y 22=]3.以坐标轴为对称轴,两焦点的距离是2,且过点(0,2)的椭圆的标准方程是()A .x 25+y 24=1B .x 23+y 24=1C .x 25+y 24=1或x 23+y 24=1D .x 29+y 24=1或x 23+y 24=1C [若椭圆的焦点在x 轴上,则c =1,b =2,得a 2=5,此时椭圆方程是x 25+y 24=1;若焦点在y轴上,则a =2,c =1,则b 2=3,此时椭圆方程是x 23+y 24=1.]4.椭圆x 29+y 24=1的左、右焦点F 1,F 2,点P 在椭圆上,若|PF 1|=4,则|PF 2|=.2[由椭圆的定义知|PF 1|+|PF 2|=6,所以|PF 2|=6-|PF 1|=6-4=2.]求椭圆的标准方程【例1】根据下列条件,求椭圆的标准方程.(1)两个焦点坐标分别是(0,5)、(0,-5),椭圆上一点P 到两焦点的距离和为26.(2)经过点2,焦点在x 轴上.(3)过(-3,2)且与x 29+y 24=1有相同的焦点.[解](1)∵椭圆的焦点在y 轴上,所以设它的标准方程为:y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0).∵2a =26,2c =10,∴a =13,c =5.∴b 2=a 2-c 2=144.∴所求椭圆的标准方程为:y 2169+x 2144=1.(2)设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),∵焦点在x 轴上,2c =2,∴a 2=b 2+1,又椭圆经过点∴1b 2+1+94b 2=1,解之得b 2=3,∴a 2=4.∴椭圆的标准方程为x 24+y 23=1.(3)由方程x 29+y 24=1可知,其焦点的坐标为(±5,0),即c =5.设所求椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),则a 2=b 2+5,因为过点(-3,2),代入方程为9a 2+4a 2-5=1(a >b >0),解得a 2=15(a 2=3舍去),b 2=10,故椭圆的标准方程为x 215+y 210=1.利用待定系数法求椭圆的标准方程(1)先确定焦点位置;(2)设出方程;(3)寻求a ,b ,c 的等量关系;(4)求a ,b 的值,代入所设方程.提醒:若椭圆的焦点位置不确定,需要分焦点在x 轴上和在y 轴上两种情况讨论,可设椭圆方程为mx 2+ny 2=1(m ≠n ,m >0,n >0).[跟进训练]1.求适合下列条件的椭圆的标准方程.(1)焦点在x 轴上,且a =4,c =2;(2)经过点[解](1)∵a 2=16,c 2=4,∴b 2=16-4=12,且焦点在x 轴上,故椭圆的标准方程为x 216+y 212=1.(2)法一:①当椭圆的焦点在x 轴上时,设标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),依题意,有1,1,2=15,2=14,因为a >b >0,所以方程组无解.②当椭圆的焦点在y 轴上时,设标准方程为y 2a 2+x 2b2=1(a >b >0),所以所求方程为y 214+x 215=1.法二:设所求椭圆的方程为mx 2+ny 2=1(m >0,n>0,且m ≠n ),+19n =1,=1,=5,=4,故所求方程为5x 2+4y 2=1,即y 214+x 215=1.椭圆的定义及其应用[探究问题]1.如何用集合语言描述椭圆的定义?[提示]P ={M ||MF 1|+|MF 2|=2a,2a >|F 1F 2|}.2.如何判断椭圆的焦点位置?[提示]判断椭圆焦点在哪个轴上就要判断椭圆标准方程中x 2项和y 2项的分母哪个更大一些,即“谁大在谁上”.3.椭圆标准方程中,a ,b ,c 三个量的关系是什么?[提示]椭圆的标准方程中,a 表示椭圆上的点M 到两焦点间距离的和的一半,可借助图形帮助记忆.a ,b ,c (都是正数)恰是构成一个直角三角形的三条边,a 是斜边,所以a >b ,a >c ,且a 2=b 2+c 2(如图所示).【例2】设P 是椭圆x 225+y2754=1上一点,F 1,F 2是椭圆的焦点,若∠F 1PF 2=60°,求△F 1PF 2的面积.[解]由椭圆方程知,a 2=25,b 2=754,∴c 2=254,∴c =52,2c =5.在△PF 1F 2中,|F 1F 2|2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|cos 60°,即25=|PF 1|2+|PF 2|2-|PF 1|·|PF 2|.①由椭圆的定义,得10=|PF 1|+|PF 2|,即100=|PF 1|2+|PF 2|2+2|PF 1|·|PF 2|.②②-①,得3|PF 1|·|PF 2|=75,所以|PF 1|·|PF 2|=25,所以S △F 1PF 2=12|PF 1|·|PF 2|·sin 60°=2534.1.将本例中的“∠F 1PF 2=60°”改为“∠F 1PF 2=30°”其余条件不变,求△F 1PF 2的面积.[解]由椭圆方程知,a 2=25,b 2=754,∴c 2=254,∴c =52,2c =5.在△PF 1F 2中,|F 1F 2|2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|·cos 30°,即25=|PF 1|2+|PF 2|2-3|PF 1|·|PF 2|.①由椭圆的定义得10=|PF 1|+|PF 2|,即100=|PF 1|2+|PF 2|2+2|PF 1|·|PF 2|.②②-①,得(2+3)|PF 1|·|PF 2|=75,所以|PF 1|·|PF 2|=75(2-3),所以S △F 1PF 2=12|PF 1|·|PF 2|·sin 30°=754(2-3).2.将椭圆的方程改为“x 2100+y 264=1”其余条件不变,求△F 1PF 2的面积.[解]|PF 1|+|PF 2|=2a =20,又|F 1F 2|=2c =12.由余弦定理知:(2c )2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|·cos 60°,即:144=(|PF 1|+|PF 2|)2-3|PF 1|·|PF 2|.所以|PF 1|·|PF 2|=2563,椭圆定义的应用技巧(1)椭圆的定义具有双向作用,即若|MF 1|+|MF 2|=2a (2a >|F 1F 2|),则点M 的轨迹是椭圆;反之,椭圆上任意一点M 到两焦点的距离之和必为2a .(2)椭圆的定义能够对一些距离进行相互转化,简化解题过程.因此,解题过程中遇到涉及曲线上的点到焦点的距离问题时,应先考虑是否能够利用椭圆的定义求解.拓展延伸:椭圆中的焦点三角形椭圆上一点P 与椭圆的两个焦点F 1,F 2构成的△PF 1F 2,称为焦点三角形.解关于椭圆的焦点三角形的问题,通常要利用椭圆的定义,结合正弦定理、余弦定理等知识求解.与椭圆有关的轨迹问题【例3】如图,圆C :(x +1)2+y 2=25及点A (1,0),Q 为圆上一点,AQ 的垂直平分线交CQ 于M ,求点M 的轨迹方程.[解]由垂直平分线性质可知|MQ |=|MA |,|CM |+|MA |=|CM |+|MQ |=|CQ |.∴|CM |+|MA |=5.∴M 点的轨迹为椭圆,其中2a =5,焦点为C (-1,0),A (1,0),∴a =52,c =1,∴b 2=a 2-c 2=254-1=214.∴所求轨迹方程为:x 2254+y 2214=1.求解与椭圆相关的轨迹问题的方法[跟进训练]2.已知两圆C 1:(x -4)2+y 2=169,C 2:(x +4)2+y 2=9,动圆在圆C 1内部且和圆C 1相内切,和圆C 2相外切,求动圆圆心的轨迹方程.[解]如图所示,设动圆圆心为M (x ,y ),半径为r ,由题意动圆M 内切于圆C 1,∴|MC 1|=13-r .圆M 外切于圆C 2,∴|MC 2|=3+r .∴|MC 1|+|MC 2|=16>|C 1C 2|=8,∴动圆圆心M 的轨迹是以C 1、C 2为焦点的椭圆,且2a =16,2c =8,b 2=a 2-c 2=64-16=48,故所求轨迹方程为x 264+y 248=1.(1)平面内到两定点F 1、F 2的距离之和为常数,即|MF 1|+|MF 2|=2a >|F 1F 2|,轨迹为椭圆a =|F 1F 2|,线段F 1F 2a <|F 1F 2|,不存在.(2)求椭圆的方程,可以利用定义求出参数a ,b ,c 其中的两个量;也可以用待定系数法构造三者之间的关系,但是要注意先确定焦点所在的位置,其主要步骤可归纳为“先定位,后定量”.(3)当焦点位置不确定时,可设椭圆方程为mx 2+ny 2=1(m >0,n >0,m ≠n ),因为它包括焦点在x 轴上(m <n )或焦点在y 轴上(m >n )两类情况,所以可以避免分类讨论,从而达到了简化运算的目的.1.椭圆x 225+y 2=1上一点P 到一个焦点的距离为2,则点P 到另一个焦点的距离为()A .5B .6C .7D .8D [由椭圆定义知点P 到另一个焦点的距离是10-2=8.]2.到两定点F 1(-2,0)和F 2(2,0)的距离之和为4的点的轨迹是()A .椭圆B .线段C .圆D .以上都不对B[|MF 1|+|MF 2|=|F 1F 2|=4,∴点M 的轨迹为线段F 1F 2.]3.椭圆x 216+y 232=1的焦距为.8[由方程得a 2=32,b 2=16,∴c 2=a 2-b 2=16.∴c =4,2c =8.]4.已知椭圆x 216+y 29=1的左、右焦点分别为F 1、F 2,过点F 1的直线l 交椭圆于A 、B 两点,则△ABF 2的周长是.16[由椭圆定义知,|AF 1|+|AF 2|=|BF 1|+|BF 2|=2a =8,又△ABF 2的周长等于|AB |+|AF 2|+|BF 2|=|AF 1|+|BF 1|+|AF 2|+|BF 2|=16.]5.设F 1,F 2分别为椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右两个焦点,若椭圆C 上的点A F 1,F 2两点的距离之和为4,求椭圆C 的方程是.x 24+y 23=1[|AF 1|+|AF 2|=2a =4得a =2,∴原方程化为x 24+y 2b 2=1,将A b 2=3,∴椭圆方程为x 24+y 23=1.]2.5.2椭圆的几何性质学习目标1.根据椭圆的方程研究曲线的几何性质,并正确地画出它的图形.2.根据几何条件求出曲线方程,并利用曲线的方程研究它的性质、图形.(重点、难点)奥地利维也纳金色大厅的顶棚设计为椭圆面,演奏时,椭圆面顶棚会把声音反射到椭圆面的另一个焦点处汇聚,有另外一个乐队存在(其实什么都没有椭圆的简单几何性质焦点的位置焦点在x 轴上焦点在y 轴上标准方程x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0)图形对称性对称轴x 轴和y 轴,对称中心(0,0)范围x ∈[-a ,a ],y ∈[-b ,b ]x ∈[-b ,b ],y ∈[-a ,a ]顶点A 1(-a,0),A 2(a,0),B 1(0,-b ),B 2(0,b )A 1(0,-a ),A 2(0,a ),B 1(-b,0),B 2(b,0)轴长短轴|B 1B 2|=2b ,长轴|A 1A 2|=2a焦点F 1(-c,0),F 2(c,0)F 1(0,-c ),F 2(0,c )焦距|F 1F 2|=2c[提示]最大距离:a +c ;最小距离:a -c .思考2:椭圆方程x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)中a ,b ,c 的几何意义是什么?[提示]在方程x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)中,a ,b ,c 的几何意义如图所示.即a ,b ,c 正好构成了一个以对称中心,一个焦点、一个短轴顶点构成的直角三角形.1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的长轴长等于a .()(2)椭圆上的点到焦点的距离的最小值a -c .()(3)椭圆上的离心率e 越小,椭圆越圆.()[答案](1)×(2)√(3)√[提示](1)×椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的长轴长等于2a .(2)√椭圆上的点到焦点的距离的最大值为a +c ,最小值为a -c .(3)√离心率e =ca越小,c 就越小,这时b 就越接近于a ,椭圆就越圆.2.椭圆6x 2+y 2=6的长轴端点坐标为()A .(-1,0),(1,0)B .(-6,0),(6,0)C .(-6,0),(6,0)D .(0,-6),(0,6)D [x 2+y 26=1焦点在y 轴上,长轴端点坐标为(0,-6),(0,6).]3.椭圆x 2+4y 2=4的离心率为()A .32B .34C .22D .23A [化椭圆方程为标准形式得x 24+y 2=1,所以a 2=4,b 2=1,所以c 2=a 2-b 2=3.所以e =c a =32.]4.椭圆x 29+y 216=1的焦点坐标是,顶点坐标是.(0,±7)(±3,0),(0,±4)[由方程x 29+y 216=1知焦点在y 轴上,所以a 2=16,b 2=9,c 2=a 2-b 2=7.因此焦点坐标为(0,±7),顶点坐标为(±3,0),(0,±4).]椭圆的几何性质【例1】求椭圆16x 2+25y 2=400的长轴和短轴的长、离心率、焦点和顶点的坐标.[思路探究]化为标准方程,确定焦点位置及a ,b ,c 的值,再研究相应的几何性质.[解]把已知方程化成标准方程x 252+y 242=1,可知a =5,b =4,所以c =3.因此,椭圆的长轴和短轴的长分别是2a =10和2b =8,离心率e =c a =35,两个焦点分别是F 1(-3,0)和F 2(3,0),椭圆的四个顶点是A 1(-5,0),A 2(5,0),B 1(0,-4)和B 2(0,4).1.已知椭圆的方程讨论性质时,若不是标准形式的先化成标准形式,再确定焦点的位置,进而确定椭圆的类型.2.焦点位置不确定的要分类讨论,找准a 与b ,正确利用a 2=b 2+c 2求出焦点坐标,再写出顶点坐标.提醒:长轴长、短轴长、焦距不是a ,b ,c ,而应是a ,b ,c 的两倍.[跟进训练]1.求椭圆4x 2+9y 2=36的长轴长和焦距、焦点坐标、顶点坐标和离心率.[解]将椭圆方程变形为x 29+y 24=1,∴a =3,b =2,∴c =a 2-b 2=9-4=5.∴椭圆的长轴长和焦距分别为2a =6,2c =25,焦点坐标为F 1(-5,0),F 2(5,0),顶点坐标为A 1(-3,0),A 2(3,0),B 1(0,-2),B 2(0,2),离心率e =c a =53.利用几何性质求椭圆的标准方程【例2】求适合下列条件的椭圆的标准方程:(1)与椭圆4x2+9y2=36有相同的焦距,且离心率为55;(2)长轴长是短轴长的2倍,且过点(2,-4).[解](1)将方程4x2+9y2=36化为x29+y24=1,可得椭圆焦距为2c=25.又因为离心率e=5 5,即55=5a,所以a=5,从而b2=a2-c2=25-5=20.若椭圆焦点在x轴上,则其标准方程为x225+y220=1;若椭圆焦点在y轴上,则其标准方程为y225+x220=1.(2)依题意2a=2×2b,即a=2b.若椭圆焦点在x轴上,设其方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),2b,+16b2=1.2=68,2=17,所以标准方程为x268+y217=1.若椭圆焦点在y轴上,设其方程为y2a2+x2b2=1(a>b>0),2b,+4b2=1,2=32,2=8.所以标准方程为x28+y232=1.利用待定系数法求椭圆标准方程的基本步骤及注意事项1 用几何性质求椭圆的标准方程通常采用的方法是待定系数法.2 根据已知条件求椭圆的标准方程的思路是“选标准,定参数”,即先明确焦点的位置或分类讨论.一般步骤是:①求出a2,b2的值;②确定焦点所在的坐标轴;③写出标准方程.3 在求解a 2、b 2时常用方程 组 思想,通常由已知条件与关系式a 2=b 2+c 2,e =ca 等构造方程 组加以求解.提醒:解答本例时容易忽视焦点的位置而漏解.[跟进训练]2.求适合下列条件的椭圆的标准方程:(1)长轴长是10,离心率是45;(2)在x 轴上的一个焦点,与短轴两个端点的连线互相垂直,且焦距为6.[解](1)设椭圆的方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)或y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0).由已知得2a =10,a =5,e =c a =45,∴c =4.∴b 2=a 2-c 2=25-16=9.∴椭圆方程为x 225+y 29=1或x 29+y 225=1.(2)依题意可设椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0).如图所示,△A 1FA 2为一等腰直角三角形,OF 为斜边A 1A 2的中线(高),且|OF |=c ,|A 1A 2|=2b,2c =6,∴c =b =3,∴a 2=b 2+c 2=18,故所求椭圆的方程为x 218+y 29=1.求椭圆的离心率[探究问题]1.求椭圆离心率的关键是什么?[提示]根据e =ca ,a 2-b 2=c 2,可知要求e ,关键是找出a ,b ,c 的等量关系.2.a ,b ,c 对椭圆形状有何影响?[提示]【例3】已知F 1,F 2是椭圆的两个焦点,过F 1且与椭圆长轴垂直的直线交椭圆于A ,B 两点,若△ABF 2是正三角形,求该椭圆的离心率.[思路探究]由题设求得A 、B 点坐标,根据△ABF 2是正三角形得出a ,b ,c 的关系,从而求出离心率.[解]设椭圆的方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),焦点坐标为F 1(-c,0),F 2(c,0).依题意设A c则B c ∴|AB |=2b 2a.由△ABF 2是正三角形得2c =32×2b 2a ,即3b 2=2ac ,又∵b 2=a 2-c 2,∴3a 2-3c 2-2ac =0,两边同除以a 2+2ca -3=0,解得e =c a =33.1.(变换条件)本例中将条件“过F 1且与椭圆长轴垂直的直线交椭圆于A ,B 两点,若△ABF 2是正三角形”改为“A 为y 轴上一点,且AF 1的中点B 恰好在椭圆上,若△AF 1F 2为正三角形”.如何求椭圆的离心率?[解]设椭圆的方程为x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0),焦点坐标为F 1(-c,0),F 2(c,0),设A点坐标为(0,y0)(y0>0),则B -c 2,∵B点在椭圆上,∴c24a2+y204b2=1,解得y20=4b2-b2c2 a2,由△AF1F2为正三角形得4b2-b2c2a2=3c2,即c4-8a2c2+4a4=0,两边同除以a4得e4-8e2+4=0,解得e=3-1.2.(变换条件)“若△ABF2是正三角形”换成“椭圆的焦点在x轴上,且A点的纵坐标等于短半轴长的23”,求椭圆的离心率.[解]设椭圆方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),F1(-c,0),F2(c,0),由题意知A c,23b∴c2a2+49=1,解得e=53.求椭圆离心率的方法(1)直接求出a和c,再求e=ca,也可利用e=1-b2a2求解.(2)若a和c不能直接求出,则看是否可利用条件得到a和c的齐次等式关系,然后整理成ca的形式,并将其视为整体,就变成了关于离心率e的方程,进而求解.1.已知椭圆的方程讨论性质时,若不是标准形式要先化成标准形式,再确定焦点的位置,找准a、b.2.利用椭圆的几何性质求标准方程通常采用待定系数法.3.求离心率e 时,注意方程思想的运用.1.椭圆x 29+y 216=1的离心率()A .74B .916C .13D .14A [a 2=16,b 2=9,c 2=7,从而e =c a =74.]2.若中心在原点,焦点在x 轴上的椭圆的长轴长为18,且两个焦点恰好将长轴三等分,则此椭圆的方程是()A .x 281+y 272=1B .x 281+y 29=1C .x 281+y 245=1D .x 281+y 236=1A [由已知得a =9,2c =13×2a ,∴c =13a =3,b 2=a 2-c 2=72.又焦点在x 轴上,∴椭圆方程为x 281+y 272=1.]3.椭圆x 2+my 2=1的焦点在y 轴上,长轴长是短轴长的2倍,则m 的值为()A .12B .2C .14D .4C [椭圆x 2+my 2=1的标准形式为:x 2+y 21m=1.因为焦点在y 轴上,且长轴长是短轴长的2倍,所以1m =4,所以m =14.]4.若一个椭圆长轴的长度,短轴的长度和焦距成等差数列,则该椭圆的离心率是.35[由题意有2a +2c =2(2b ),即a +c =2b ,又c 2=a 2-b 2,消去b 整理得5c 2=3a 2-2ac ,即5e 2+2e -3=0,∴e =35或e =-1(舍去).]5.已知椭圆的标准方程为x24+y29=1.(1)求椭圆的长轴长和短轴长;(2)求椭圆的离心率;(3)求以此椭圆的长轴端点为短轴端点,并且经过点P(-4,1)的椭圆方程.[解](1)椭圆的长轴长为2a=6,短轴长为2b=4.(2)c=a2-b2=5,所以椭圆的离心率e=ca=53.(3)若以椭圆的长轴端点为短轴端点,则b′=3,可设椭圆方程为x2a′2+y29=1,又椭圆过点P(-4,1),将点P(-4,1)代入得16a′2+19=1,解得a′2=18.故所求椭圆方程为x218+y29=1.。

几何形的内切和内接圆的构造

几何形的内切和内接圆的构造

几何形的内切和内接圆的构造几何学中,内切圆和内接圆是指一个圆与给定多边形或曲线相切,并且完全被其内部包含。

本文将介绍如何构造几何形的内切和内接圆。

1. 内切圆的构造内切圆是指一个圆与给定的多边形相切,并且完全被其内部包含。

以下是常见几何形的内切圆构造方法:矩形的内切圆:矩形的内切圆是一个与矩形四个顶点的中垂线相交于一点的圆。

我们可以通过矩形的对角线交点来确定内切圆的圆心,通过矩形的边长来确定内切圆的半径。

三角形的内切圆:三角形的内切圆是一个与三角形三条边相切的圆,圆心与三角形的三条角平分线交点重合。

我们可以通过三角形的角平分线交点来确定内切圆的圆心,通过三角形的边长和海伦公式来确定内切圆的半径。

圆的内切圆:圆的内切圆是指一个圆与另一个给定圆相切的圆。

在这种情况下,两个圆的圆心连线就是内切圆的半径。

通过两个圆的圆心距离和半径之差来确定内切圆的半径。

2. 内接圆的构造内接圆是指一个圆与给定的多边形的顶点相切,且圆心和多边形的重心重合。

以下是常见几何形的内接圆构造方法:正多边形的内接圆:正多边形的内接圆是一个与正多边形的每条边都相切的圆。

我们可以通过正多边形的中心点来确定内接圆的圆心,通过正多边形的边长和外接圆的半径关系来确定内接圆的半径。

椭圆的内接圆:椭圆的内接圆是一个与椭圆的两个焦点和一个顶点都相切的圆。

我们可以通过椭圆的焦点和顶点来确定内接圆的圆心,通过椭圆的长轴和短轴之差来确定内接圆的半径。

不规则多边形的内接圆:对于不规则多边形,内接圆的构造稍微复杂一些。

一种方法是通过不规则多边形的顶点的中垂线交点来确定内接圆的圆心,通过顶点到圆心的距离的最小值来确定内接圆的半径。

总结:通过本文介绍的方法,我们可以构造出几何形的内切和内接圆。

构造内切圆的关键是确定圆心和半径的数值,而构造内接圆则需要根据不同的几何形选择合适的构造方法。

在实际应用中,了解和掌握内切和内接圆的构造方法对于解决几何问题非常有帮助。

椭圆的几何性质(解析版)

 椭圆的几何性质(解析版)

第52讲椭圆的几何性质一、课程标准1、掌握椭圆的性质,能够正确求出椭圆的性质2、掌握求椭圆的离心率的值以及离心率的范围3、掌握直线与椭圆的位置关系二、基础知识回顾1、椭圆的标准方程和几何性质2、焦半径:椭圆上的点P(x0,y0)与左(下)焦点F1与右(上)焦点F2之间的线段的长度叫做椭圆的焦半径,分别记作r1=|PF1|,r2=|PF2|.(1)x2a2+y2b2=1(a>b>0),r1=a+ex0,r2=a-ex0;(2)y2a2+x2b2=1(a>b>0),r1=a+ey0,r2=a-ey0;(3)焦半径中以长轴为端点的焦半径最大和最小(近日点与远日点).3、焦点三角形:椭圆上的点P(x0,y0)与两焦点构成的△PF1F2叫做焦点三角形,∠F1PF2=θ,△PF1F2的面积为S,则在椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)中(1)当P为短轴端点时,θ最大.(2)S =12|PF 1||PF 2|·sin θ=b 2tan θ2=c |y 0|,当|y 0|=b 时,即点P 为短轴端点时,S 取最大值,最大值为bc . (3)焦点三角形的周长为2(a +c ).4、.AB 为椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的弦,A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),弦中点M (x 0,y 0),则 (1)弦长l =1+k 2|x 1-x 2|=1+1k 2|y 1-y 2|;(2)直线AB 的斜率k AB =-b 2x 0a 2y 0.5、直线与椭圆的关系将直线方程与椭圆方程联立,消去一个变量得到关于x(或y)的一元二次方程ax 2+bx +c =0(或ay 2+by +c =0).再求一元二次方程的判别式Δ,当: ①Δ>0⇔直线与椭圆相交; ②Δ=0⇔直线与椭圆相切; ③Δ<0⇔直线与椭圆相离.6、设直线l 与椭圆的交点坐标为A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),k 为直线l 斜率,则AB =(1+k 2)|x 1-x 2|.三、自主热身、归纳总结1、直线y =kx -k +1(k 为实数)与椭圆x 29+y 24=1的位置关系为( )A . 相交B . 相切C . 相离D . 相交、相切、相离都有可能 【答案】A【解析】 直线y =kx -k +1=k(x -1)+1恒过定点(1,1).∵点(1,1)在椭圆内部,∴直线与椭圆相交.故选A .第2题图2、如图,在平面直角坐标系xOy 中,已知A ,B 1,B 2分别为椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a>b>0)的右、下、上顶点,F是椭圆C 的右焦点.若B 2F ⊥AB 1,则椭圆C 的离心率是____. 【答案】5-12【解析】 ∵kB 2F ·kAB 1=-1,-b c ·b a =-1,b 2=ac ,即a 2-c 2=ac ,∴e =ca =5-12.3、中心为原点,一个焦点为F (0,52)的椭圆,截直线y =3x -2所得弦中点的横坐标为12,则该椭圆的方程是____________. 【答案】:x 225+y 275=1【解析】:由题设知c =52,设椭圆方程为x 2a 2-50+y 2a2=1,联立方程⎩⎨⎧x 2a 2-50+y 2a2=1,y =3x -2,消去y ,整理得(10a 2-450)x 2-12(a 2-50)x +4(a 2-50)-a 2(a 2-50)=0,由根与系数的关系得x 1+x 2=12(a 2-50)10a 2-450=1,解得a 2=75,所以椭圆方程为x 225+y 275=1. 4、已知直线y =-x +1与椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)相交于A ,B 两点,若椭圆的离心率为22,焦距为2,则线段AB 的长是( )A.223B.423C. 2 D .2【答案】B【解析】由条件知c =1,e =c a =22,所以a =2,b =1,椭圆方程为x 22+y 2=1,联立直线方程与椭圆方程可得交点坐标为(0,1),⎝⎛⎭⎫43,-13,所以|AB |=423. 5、(一题两空)已知点F 1,F 2分别是椭圆x 225+y 29=1的左、右焦点,点P 在此椭圆上,则椭圆离心率为________,△PF 1F 2的周长为________. 【答案】4518【解析】由椭圆方程知a =5,b =3,c =4,所以其离心率e =c a =45.△PF 1F 2的周长为2a +2c =10+8=18.四、例题选讲考点一 椭圆的离心率的值例1 (1)如图,在平面直角坐标系xOy 中,已知椭圆x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的左顶点为A ,左焦点为F ,第(1)题图上顶点为B ,若∠BAO +∠BFO =90°,则椭圆的离心率是____.(2)已知O 为坐标原点,F 是椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a>b>0)的左焦点,A ,B 分别为椭圆C 的左、右顶点.P为椭圆C 上一点,且PF ⊥x 轴.过点A 的直线l 与线段PF 交于点M ,与y 轴交于点E.若直线BM 经过OE 的中点,则C 的离心率为____. 【答案】(1) 5-12 (2)13【解析】 (1)由∠BAO +∠BFO =90°,∠BAO +∠ABO =90°,得∠BFO =∠ABO.又∠AOB =∠AOB ,∴△ABO ∽△BFO ,∴OB OF =AO BO ,即b c =a b,得ac =b 2=a 2-c 2,变形得e 2+e -1=0,解得e =5-12或-5-12(舍),∴椭圆的离心率为5-12. (2)设M(-c ,m),则E(0,am a -c ),OE 的中点为D ,则D(0,am 2(a -c )),又B ,D ,M 三点共线,∴m2(a -c )=m a +c,解得a =3c ,∴e =13.变式1、(1)已知F 1,F 2是椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左、右焦点,A 是C 的左顶点,点P 在过A 且斜率为36的直线上,△PF 1F 2为等腰三角形,∠F 1F 2P =120°,则C 的离心率为( )A.23 B.12 C.13 D.14【答案】 D变式2、(四川省乐山一中2019届质检)设F 是椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的一个焦点,P 是椭圆C 上的点,圆x 2+y 2=a 29与线段PF 交于A ,B 两点,若A ,B 三等分线段PF ,则椭圆C 的离心率为( ) A.33B.53C.104D.175 【答案】D【解析】如图,取线段PF 的中点H ,连接OH ,OA .设椭圆另一个焦点为E ,连接PE .∵A ,B 三等分线段PF ,∴H 也是线段AB 的中点,即OH ⊥AB .设|OH |=d ,则|PE |=2d ,|PF |=2a -2d ,|AH |=a -d3.在Rt △OHA 中,|OA |2=|OH |2+|AH |2,解得a =5d . 在Rt △OHF 中,|FH |=45a ,|OH |=a5,|OF |=c . 由|OF |2=|OH |2+|FH |2, 化简得17a 2=25c 2,c a =175. 即椭圆C 的离心率为175.故选D.变式3、焦点在x 轴上的椭圆方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),短轴的一个端点和两个焦点相连构成一个三角形,该三角形内切圆的半径为b3,则椭圆的离心率为( )A.14B.13C.12D.23 【答案】C【解析】由短轴的一个端点和两个焦点相连构成一个三角形,又由三角形面积公式得12×2c ×b =12(2a +2c )×b3,得a =2c ,即e =c a =12,故选C.变式4、(2017苏北四市一模) 如图,在平面直角坐标系xOy 中,已知A ,B 1,B 2分别为椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a>b >0)的右、下、上顶点,F 是椭圆C 的右焦点.若B 2F ⊥AB 1,则椭圆C 的离心率是________.【答案】5-12【解析】因为F (c,0),B 2(0,b ),B 1(0,-b ),A (a,0),所以B 2F →=(c ,-b ),B 1A →=(a ,b ).因为FB 2⊥AB 1,所以ac -b 2=0,即c 2+ac -a 2=0,故e 2+e -1=0,解得e =-1+52(负值舍去).方法总结:求离心率的值关键是找到等式关系,解出a 与c 的关系,进而求出离心率。

椭圆的性质二 焦点三角形的性质

椭圆的性质二    焦点三角形的性质

||PF|2 |PF|1
a
ex
(a
ex)
2ex
2
4 5
x

5
x
0

∴0<|F2N|<8,∴0<|OM|<4.
若 P 在椭圆的右半部分时,同样可得出 0<|OM|<4,故选:B.
方法二 极限法,当 P 在左端点时,|OM|=4,在 P 上顶点时,|OM|=0,∴0<|OM|<4.
三 课后练习:
1.(2019·郑州第二次质量预测)已知椭圆 C:ax22+by22=1(a>b>0)的左、右焦点分别为 F1,F2,离心率为23,
x2
令椭圆方程为
a2
y2 b2
1(a b 0)
则由椭圆的定义有 | PF1 | | PF2 | 2a , | F1F2 | 2c ,

| PF1 | | PF2 |
| F1F2 | 2c
sin PF2F1 sin PF1F2 sin F1PF2
又 ∵ PF1F2 5PF2F1 , ∴ PF1F2 750 , PF2F1 150 ,
4.(2019
南昌模拟)P
为椭圆 x2 +y2=1 25 9
上一点,F1,F2
分别是椭圆的左、右焦点,过
P
点作
PH⊥F1F2

点 H,若 PF1⊥PF2,则|PH|=( )
A.25
B.8
4
3
C.8
D.9
4
解析:选 D 由椭圆 x2 +y2=1 得 a2=25,b2=9, 25 9
则 c= a2-b2= 25-9=4,∴|F1F2|=2c=8.由椭圆的定义可得|PF1|+|PF2|=2a=10,
A. (0, 3 ] 2

几何中的椭圆形心定理

几何中的椭圆形心定理

几何中的椭圆形心定理椭圆形心定理,也称为联络圆定理,是在椭圆中成立的一个重要定理。

它确定了椭圆内部所有线段的端点连成的三角形的内切圆的圆心与椭圆的中心重合。

本文将介绍椭圆形心定理的含义、证明和应用。

一、椭圆形心定理的含义椭圆形心定理指出,任意在椭圆内部取三个点,连接这三个点得到的三角形的内切圆的圆心恰好位于椭圆的中心。

这一定理是在17世纪由法国数学家奥盖尔发现的,并由其命名为"椭圆形心定理"。

二、椭圆形心定理的证明为了证明椭圆形心定理,我们需要先引入一些辅助性质。

设椭圆O 为原点,a、b分别为x轴和y轴上的半径,假设椭圆上有三点A、B、C。

首先我们可以证明在这三个点上,任意两个切线(分别过A、B、C点)的交点构成的直线交于同一点P。

首先,连接AO、BO、CO,并延长直到和椭圆交于点D、E、F。

由于D、E、F是椭圆上的点,所以有OD=OE=OF=R,其中R表示椭圆的半径。

因为AO与椭圆的交点是A,所以AO垂直于椭圆上的切线,同理BO、CO也垂直于椭圆上的切线。

所以,我们可以得到△AOE、△BOF、△COD都是直角三角形。

由于△AOE是直角三角形,所以OE的中点M在椭圆的周长上。

同理,BF的中点N以及CD的中点L也分别在椭圆的周长上。

连接MN、NL、LM并延长,三线交于一点P。

根据定理可知MN、NL、LM是两两相切的,而这三条切线交于同一点P。

所以我们证明了椭圆形心定理的几何性质。

三、椭圆形心定理的应用椭圆形心定理在几何学和工程学中有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域:1. 建筑设计:在建筑设计中,椭圆形心定理可以用于绘制准确的椭圆形结构,例如圆顶和圆形门洞等。

2. 航空航天工程:在航空航天工程中,椭圆形心定理可以应用于火箭发动机喷嘴的设计,确保燃烧室和喷嘴之间的结构准确。

3. 汽车制造:在汽车制造中,椭圆形心定理可以用于设计悬挂系统和车轮轨迹,以确保行驶平稳性。

4. 光学设计:在光学设计中,椭圆形心定理可以用于确定透镜和镜头的中心位置,确保光线聚焦准确。

高等几何习题集[1]2

高等几何习题集[1]2

高等几何习题集习题1.11.证明:任一三角形都有一个内切椭圆,其切点为三边的中点,中心为三角形的重心;同时有一个外接椭圆以三角形的重心为中心。

2.平行于平行四边形ABCD 对角线AC 作一直线与AB 、BC 交于点E 、F ,证明:三角形AED 和CDF 的面积相等。

3.在椭圆的内接三角形的顶点作切线构成外切三角形,证明:如果这两上三角形有两对边平行,则第三对边也平行。

4.过三角形ABC 内任一点P 作DE//BC ,交AB 、AC 于E 、E ,作FG//CA 交BC 、BA 于F 、G ,作HK//AB 交BC 、CA 于H 、K ,证明:=++ABHK CA FG BC DE 常数。

5.设X 、Y 是三角形ABC 的边AB 、CA 上的动点,满足BX :XA=CY :Y A 。

证明:BY 与CX 的交点在一条定直线上。

6.设D 、E 、F 各是三角形ABC 的边BC 、CA 、AB 上的点,且DE//AB ,DF//CA ,证明:CD E BFD AEF S S S ∆∆∆⋅=2。

7.将三角形的每边三等分,将每个分点与三角形的对顶点相连,这六条直线构成一个六边形,证明:此六边形的三双对顶点的连线共点。

8.在三角形ABC 的边BC 、CA 、AB 上取点D 、E 、F 使BD :DC = CE :EA = AF :FB = 1 :n 。

设AD 交BE 于L ,BE 交CF 于K ,CF 交AD 于M ,证明:1122++-=n n n S S ABC LKM )(∆∆ 。

9.设点D 、E 、F 分别位于三角形ABC 的边BC 、CA 、AB 上,且BD :DC=CE :EA=AF :FB ,三线AD 、BE 、CF 构成三角形PQR ,证明:三角形ABC 、DEF 和PQR 具有共同的重心。

10.过椭圆的弦AB 的中点C 任作二弦PQ 和ST ,PS 、QT 分别交AB 于M 、N ,证明:MC=CN 。

双曲线焦点三角形中的内切圆圆心的纵坐标范围_范文模板及概述说明

双曲线焦点三角形中的内切圆圆心的纵坐标范围_范文模板及概述说明

双曲线焦点三角形中的内切圆圆心的纵坐标范围范文模板及概述说明1. 引言1.1 概述双曲线是数学中重要的曲线之一,其焦点三角形是与双曲线相关的一个特殊三角形。

内切圆作为几何中的基本概念之一,也在双曲线焦点三角形中扮演着重要的角色。

本文将研究焦点三角形中内切圆圆心的纵坐标范围问题。

1.2 文章结构文章分为五个部分进行阐述。

引言部分对研究领域进行概述,并简要介绍了整篇文章的结构。

接下来,我们将从定义、性质和特点出发,讨论双曲线焦点三角形以及其中所存在的内切圆。

然后,在第三部分中,通过推导建立双曲线方程和外接圆表达式之间的关系,进一步推导得到内切圆圆心在双曲线参数下的表达式。

第四部分将详细说明内切圆圆心纵坐标范围的定义和意义,并通过对不同类型双曲线情况下的实例进行分析和讨论。

最后,在结论部分总结本文研究结果并提出研究限制与展望。

1.3 目的本文的目的是研究双曲线焦点三角形中内切圆圆心的纵坐标范围。

通过分析双曲线和焦点三角形的定义、性质以及内切圆的特点,我们将推导出内切圆在双曲线参数下的表达式,并进一步讨论该表达式中纵坐标范围的意义。

通过实例分析,我们将具体说明不同类型双曲线情况下内切圆圆心纵坐标范围的变化规律,为该领域后续研究提供基础。

2. 双曲线焦点三角形的定义和性质2.1 双曲线的定义和焦点三角形的概念双曲线是解析几何中的一个重要曲线类型,它可以由平面上满足特定方程的点集表示。

双曲线具有与其他曲线不同的几何性质和特征。

在双曲线上选择其焦点A、焦点B及一定距离内的任意一点P,构成三角形ΔABC,这个三角形被称为双曲线焦点三角形。

双曲线焦点三角形是研究双曲线性质时经常涉及到的一个重要几何对象。

2.2 双曲线焦点三角形的几何性质双曲线焦点三角形具有一些特殊的几何性质。

首先,根据定义,该三角形ΔABC 以两个焦点A和B为顶点,并且第三个顶点C位于两个焦点之间。

其次,在给定双曲线上研究该类型三角形时,我们可以观察到以下性质:a) 该焦点三角形ΔABC的内切圆与双曲线外切;b) 焦点三角形ΔABC的内心是双曲线焦点连线AB上的中点;c) 焦点三角形ΔABC的外心位于双曲线上。

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n
and
X2
=
(n(b2 + c2 − a2) − 2mb2)a m(a2 + b2 − c2) + n(c2 + a2 −
b2)
satisfy
(x0

x1)(X1
− X2)
=
m2b2
− mn(b2 + c2 − a2) + n2c2 a2 + (m − n)2
>
0,
since the discriminant of m2b2−mn(b2+c2−a2)+n2c2 (as a quadratic form in m,
Proposition 4. The line AQ is the internal bisector of angle A+AA−.
Proof. The sidelengths of triangle A−BC are BC
= a, CA− =
av u
=
ab a
and
A−B
=
aw u
=
ac a
.
Set
(2)
x1 =
−b cos C
=

a2
+
b2 2a

c2
.
(3)
Since the lines AA+ and AA− have equations
(y1 + y0)x − (x1 − x0)y − (x1y0 + x0y1) = 0,
(y1 − y0)x − (x1 − x0)y + (x1y0 − x0y1) = 0,
up a Cartesian coordinate
system so
that A
=
(x1, y1),
B = (−a, 0), C = (0, 0), A+ = (x0, −y0) and A− = (x0, y0), where
x0 =
−C A−
cos
A− C B3;b2− 2a 2
c
2
· a,
Forum Geometricorum Volume 10 (2010) 141–148.
FORUM GEOM ISSN 1534-1178
Constructions with Inscribed Ellipses in a Triangle
Nikolaos Dergiades
Abstract. We give a simple construction of the axes and foci of an inscribed ellipse with prescribed center, and as an application, a simple solution of the problem of construction of a triangle with prescribed circumcevian triangle of the centroid.
Each of the triangles A+BC and A−BC have sidelengths u : v : w.
A− A
C0
B0
M
D
B
A0
C
E Q
A+
Figure 2
Constructions with inscribed ellipses in a triangle
143
Proof. Note that
M=
1+1:1+1:1+1 q rr pp q
= (p(q + r) : q(r + p) : r(p + q)).
A
Z
Z B
m
Y
P
Y
M Ge
X
C Q
n C
X B
Figure 1
Consider triangle ABC and its inscribed ellipse with center M = (u : v : w) as the orthogonal projections of a triangle AB C and its incircle. We may take A = A and assume BB = m, CC = n. If the incircle of AB C touches B C , C A and AB at X , Y , Z respectively, then X, Y , Z are the orthogonal projections of X , Y , Z . It follows that the perspector P is the projection of
b
+c
−a
:c
+a
−b
:a
+b
−c
=
1: p
1 q
:
1 r.
It follows that
a
:b
:c
=
1+1 qr
:
1+1 rp
:
1+1 pq
= u : v : w.
From this we draw a remarkable conclusion.
Proposition 1. If a triangle and an inscribed ellipse are the orthogonal projections of a triangle and its incircle, the sidelengths of the latter triangle are proportional to the barycentric coordinates of the center of the ellipse.
Publication Date: November 15, 2010. Communicating Editor: Paul Yiu.
142
N. Dergiades
the Gergonne point Ge of AB C . Suppose triangle AB C has sides B C = a , C A = b and AB = c , then
(5)
we reorganize (4) into the form ((m − n)x − na)((m(a2 + b2 − c2) + n(c2 + a2 − b2))x − (n(b2 + c2 − a2) − 2mb2)a) = 0.
Note that the two roots
X1
=
na m−
Proof. Applying the law of cosines to triangle ABA−, we have
AA2− = AB2 + BA2− − 2AB · BA− cos(ABC − A−BC)
= c2 +
aw u
2

2c
·
aw u
(cos
B
cos
A−BC
+
sin
B
sin
A− B C )
Since a , b , c satisfy the triangle inequality, the center M = (u : v : w) of the ellipse is an interior point of the medial triangle of BAC.
We determine the relative positions of ABC and AB C leading to a simple construction of the axes and foci of the inscribed ellipse of given center M . We first construct two triangles A+BC and A−BC with sidelengths proportional to the barycentric coordinates of M .
144
N. Dergiades
a bisector of angle A+AA− meets BC at a point with coordinates (x, 0) satisfying
((y1 − y0)x + (x1y0 − x0y1))2 (y1 − y0)2 + (x1 − x0)2
=
((y1 + (y1
y0)x − + y0)2
(x1y0 + (x1
+ −
x0y1 x0)2
))2
.
Simplifying this into
(x1 − x0)x2 + (x20 + y02 − x21 − y12)x + x0(x21 + y12) − x1(x20 + y02) = 0, and making use of (2) and (3), we obtain
and AA−
are given by √
AA+ =
Q +√16ΔΔ 2u
and AA− =
Q −√ 16ΔΔ , 2u
where
Q = (b2 + c2 − a2)u2 + (c2 + a2 − b2)v2 + (a2 + b2 − c2)w2,
(1)
and Δ is the area of the triangle with sidelengths u, v, w.
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