圆锥曲线离心率的求解方法_圆锥曲线离心率

  摘 要: 离心率在圆锥曲线问题中有着重要的应用,它的变化会直接导致曲线类型和形状的变化,围绕求圆锥曲线离心率的有关问题在近几年的高考题中屡次出现,本文结合高考试题和各类模拟试题来阐述解决这类问题的一些方法。文中共介绍了五种求圆锥曲线的方法。
  关键词: 圆锥曲线 离心率 求解方法
  
  离心率在圆锥曲线问题中有着重要的应用,它的变化会直接导致曲线类型和形状的变化,围绕求圆锥曲线离心率的有关问题在近几年的高考题中屡次出现,不少学生对这类问题都感到束手无策,本文结合高考试题和各类模拟试题来阐述解决这类问题的一些方法.
  一、利用曲线的基本量
  根据题目本身的条件,得到参数a、c的关系,从而求出离心率e.
  例1.过椭圆+=1(a>b>0)的左顶点A作斜率为1的直线,与椭圆的另一个交点为M,与y轴的交点为B,若AM=MB,则该椭圆的离心率为 .(南京市2009年高三第一次调研测试)
  解析:如图1所示,因为直线AB的斜率是1,所以可设A点的坐标是(-a,0),B点的坐标是(0,a),此时由于M点是线段AB的中点,故M点的坐标为(-,),又因为M点落在椭圆上,所以可将M点的坐标代入椭圆方程可得+=1,所以a=3b=3(a-c)?圯2a=3c?圯e=?圯e=.
  这一类型的题目要根据题设条件,借助a、b、c之间的关系,沟通a、c的关系,得到关于a、c的二次齐次式,进而得到关于e的一元二次方程,从而解得离心率e.
  例2.如图2,在平面直角坐标系xoy中,A,A,B,B为椭圆+=1(a>b>0)的四个顶点,F为其右焦点,直线AB与直线BF相交于点T,线段OT与椭圆的交点M恰为线段OT的中点,则该椭圆的离心率为.(2009年江苏省高考题)
  解析:设A(-a,0),B(0,-b),B(0,b),F(c,0)
  ∵直线AB为+=1,即为bx-ay+ab=0
  ∵直线FB为+=1,即为bx-cy-bc=0
  将直线AB和直线FB方程联立起来,可得到点T的坐标为(,)
  又M点为线段OT的中点
  ∴M的坐标为(,)
  又M点落在椭圆上
  ∴+=1
  ∴c-3a+10ac=0
  ∴e+10e-3=0
  ∴e=2-5
  二、利用曲线本身的范围
  例3.以+=1(a>b>0)的左焦点F(-c,0)为圆心,c为半径的圆与椭圆的左准线交于不同的两点,则该椭圆的离心率的取值范围是 .(南通市2009年度第一学期高三期末调研测试)
  解析:如图3所示,椭圆的左准线的方程是x=,而以F点为圆心,以c为半径的圆与椭圆的左准线交于两个不同的点,所以有-c<c?圯a-c<c?圯a<2c?圯>?圯e>?圯<e<1.
  三、利用向量
  新教材引用向量知识后,无疑给解决解析几何问题提供了广阔的视野,利用向量可以解决含有垂直和共线等知识点的离心率求解问题.
  例4.过双曲线-=1(a>0,b>0)的左焦点且垂直于x轴的直线与双曲线相交与M,N两点,以MN为直径的圆恰好经过双曲线的右顶点,则双曲线的离心率等于.(2005年浙江省高考题)
  解析:如图4所示,由于MN为圆F的直径,所以∠MAN=90°,又F(-c,0)
  ∴M(-c,),N(-c,-),A(a,0)
  ∴=(a+c,-),=(a+c,)
  ∴•=(a+c)-=0
  可化简为e-e-2=0
  ∴e=2
  四、结合参数
  有些求离心率的问题,如果题设条件中含有参数,同时参数的取值范围已知或易求解,首先找出离心率和参数的关系,进而求出离心率的取值范围.
  例5.已知椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F、F,其半焦距为c,圆M的方程是(x-)+y=c.
  (1)若P是圆M上的任意一点,求证:为定值.
  (2)若椭圆经过圆上一点Q,且cos∠FQF=,求椭圆的离心率.(无锡2009年模拟卷)
  解析:(1)设P(x,y),则PF=,PF=
  ∵====4
  ∴=2
  (2)由(1)可得=2,设QF=m,则QF=2m(m>0)
  ∴cos∠FQF===
  ∴44m=80m-64c ∴c=m∴m=c
  又∵2m+m=3m=2a∴4c=2a ∴e=
  四、利用平面几何图形
  利用图形的直观性往往给我们提供了明显的数量关系,以形助数可使问题变得简单,易于求解.
  例6.设椭圆+=1(a>b>0)的左焦点为F,上顶点为A,过点A且与AF垂直的光线经椭圆的右准线反射,反射光线与直线AF平行,求椭圆的离心率.(苏北四市2009学年高三期末考试卷)
  解析:因为入射光线与反射光线垂直,所以入射光线与准线所成的角为45°,即∠FAO=45°,所以b=c,所以e=.
  五、利用重要不等式
  例7.已知椭圆+=1(a>b>0)上总存在一点P,使得PF⊥PF,其中F、F是椭圆的焦点,则该椭圆离心率的范围是.
  解析:因为PF⊥PF,所以PF+PF=FF=4c
  又∵PF+PF=2a,∴PF+PF+2PF•PF=4a
  ∴2PF•PF=4a-4c,
  又PF•PF≤()=a
  ∴4a-4c≤2a,∴e≥
   又0<e<1,∴≤e<1.
  结论:圆锥曲线的离心率是解析几何的重点知识,是高考考查的热点,命题的知识背景较多,如以考查圆锥曲线三参数关系,以及几何性质为目的,或以平面几何知识为主考查,或以平面向量的知识为背景进行考查,关于离心率取值范围问题,往往要建立不等式模型来解决,体现了较强的综合性,同时还重点地考查了方程的思想、不等式的思想、转化的思想等重要的数学思想,因此是高考命题者历年关注的热点问题.
  
  参考文献:
  [1]有关求圆锥曲线离心率问题的策略.河北理科教学研究,2006,(4).
  [2]求解圆锥曲线离心率的常用方法.
   注:“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
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