2020版高中數(shù)學(xué) 第二章 圓錐曲線與方程 專題突破三 離心率的求法學(xué)案(含解析)北師大版選修1 -1.docx
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2020版高中數(shù)學(xué) 第二章 圓錐曲線與方程 專題突破三 離心率的求法學(xué)案(含解析)北師大版選修1 -1.docx
專題突破三 離心率的求法
一、以漸近線為指向求離心率
例1 已知雙曲線兩漸近線的夾角為60,則雙曲線的離心率為________.
思維切入 雙曲線的兩漸近線有兩種情況,焦點(diǎn)位置也有兩種情況,分別討論即可.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 2或
解析 由題意知,雙曲線的漸近線存在兩種情況.
當(dāng)雙曲線的焦點(diǎn)在x軸上時(shí),若其中一條漸近線的傾斜角為60,如圖1所示;
若其中一條漸近線的傾斜角為30,如圖2所示.
所以雙曲線的一條漸近線的斜率k=或k=,
即=或.
又b2=c2-a2,所以=3或,
所以e2=4或,所以e=2或.
同理,當(dāng)雙曲線的焦點(diǎn)在y軸上時(shí),則有=或,
所以=或,亦可得到e=或2.
綜上可得,雙曲線的離心率為2或.
點(diǎn)評 雙曲線的離心率與漸近線方程之間有著密切的聯(lián)系,可以借助=進(jìn)行互求.一般地,如果已知雙曲線離心率的值求漸近線方程,或者已知漸近線方程,求離心率的值,都會有兩解(焦點(diǎn)在x軸上和焦點(diǎn)在y軸上兩種情況),不能忘記分類討論.
跟蹤訓(xùn)練1 中心在原點(diǎn),焦點(diǎn)在x軸上的雙曲線的一條漸近線經(jīng)過點(diǎn)(4,-2),則它的離心率為( )
A.B.C.D.
考點(diǎn) 雙曲線的簡單幾何性質(zhì)
題點(diǎn) 求雙曲線的離心率
答案 D
解析 由題意知,過點(diǎn)(4,-2)的漸近線的方程為
y=-x,∴-2=-4,∴a=2b.
方法一 設(shè)b=k(k>0),則a=2k,c=k,
∴e===.
方法二 e2=+1=+1=,故e=.
二、以焦點(diǎn)三角形為指向求離心率
例2 如圖,F(xiàn)1和F2分別是雙曲線-=1(a>0,b>0)的兩個(gè)焦點(diǎn),A和B是以O(shè)為圓心,|OF1|為半徑的圓與該雙曲線左支的兩個(gè)交點(diǎn),且△F2AB是等邊三角形,則雙曲線的離心率為________.
思維切入 連接AF1,在△F1AF2中利用雙曲線的定義可求解.
考點(diǎn) 雙曲線的簡單幾何性質(zhì)
題點(diǎn) 求雙曲線的離心率
答案 +1
解析 方法一 如圖,連接AF1,由△F2AB是等邊三角形,知∠AF2F1=30.
易知△AF1F2為直角三角形,
則|AF1|=|F1F2|=c,
|AF2|=c,∴2a=(-1)c,
從而雙曲線的離心率e==1+.
方法二 如圖,連接AF1,易得∠F1AF2=90,
β=∠F1F2A=30,α=∠F2F1A=60,
于是離心率
e===
==+1.
點(diǎn)評 涉及到焦點(diǎn)三角形的題目往往利用圓錐曲線的定義求得的值.
跟蹤訓(xùn)練2 橢圓+=1(a>b>0)的兩焦點(diǎn)為F1,F(xiàn)2,以F1F2為邊作正三角形,若橢圓恰好平分正三角形的另兩條邊,則橢圓的離心率為________.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案?。?
解析 方法一 如圖,
∵△DF1F2為正三角形,N為DF2的中點(diǎn),
∴F1N⊥F2N,
∵|NF2|=|OF2|=c,
∴|NF1|===c,
由橢圓的定義可知|NF1|+|NF2|=2a,
∴c+c=2a,∴a=,
∴e===-1.
方法二 注意到焦點(diǎn)三角形NF1F2中,
∠NF1F2=30,∠NF2F1=60,∠F1NF2=90,
則由離心率的三角形式,
可得e=
===-1.
三、尋求齊次方程求離心率
例3 已知雙曲線E:-=1(a>0,b>0),若矩形ABCD的四個(gè)頂點(diǎn)在E上,AB,CD的中點(diǎn)為E的兩個(gè)焦點(diǎn),且2|AB|=3|BC|,則E的離心率是________.
思維切入 通過2|AB|=3|BC|,得到a,b,c的關(guān)系式,再由b2=c2-a2,得到a和c的關(guān)系式,同時(shí)除以a2,即可得到關(guān)于e的一元二次方程,求得e.
考點(diǎn) 雙曲線的簡單幾何性質(zhì)
題點(diǎn) 求雙曲線的離心率
答案 2
解析 如圖,由題意知|AB|=,
|BC|=2c.
又2|AB|=3|BC|,
∴2=32c,
即2b2=3ac,
∴2(c2-a2)=3ac,
兩邊同除以a2并整理得2e2-3e-2=0,
解得e=2(負(fù)值舍去).
點(diǎn)評 求圓錐曲線的離心率,就是求a和c的值或a和c的關(guān)系,然后根據(jù)離心率的定義求得.但在多數(shù)情況下,由于受到題目已知條件的限制,很難或不可能求出a和c的值,只能將條件整理成關(guān)于a和c的關(guān)系式,進(jìn)而求得的值,其關(guān)鍵是善于利用定義以及圖形中的幾何關(guān)系來建立關(guān)于參數(shù)a,b,c的關(guān)系式,結(jié)合c2=a2+b2,化簡為參數(shù)a,c的關(guān)系式進(jìn)行求解.
跟蹤訓(xùn)練3 已知橢圓+=1(a>b>0),A,B分別為橢圓的左頂點(diǎn)和上頂點(diǎn),F(xiàn)為右焦點(diǎn),且AB⊥BF,則橢圓的離心率為________.
考點(diǎn) 橢圓的離心率問題
題點(diǎn) 求a,b,c的齊次關(guān)系式得離心率
答案
解析 在△ABF中,|AB|=,|BF|=a,
|AF|=a+c.
由AB⊥BF得|AB|2+|BF|2=|AF|2,
將b2=a2-c2代入,得a2-ac-c2=0,
即e2+e-1=0,解得e=.
因?yàn)?<e<1,所以e=.
四、利用直線與圓錐曲線的位置關(guān)系求離心率的取值范圍
例4 已知雙曲線-=1(a>0,b>0)的右焦點(diǎn)為F,若過點(diǎn)F且傾斜角為60的直線l與雙曲線的右支有且只有一個(gè)交點(diǎn),則雙曲線的離心率e的取值范圍是________.
思維切入 畫圖,通過圖像找出直線l與雙曲線漸近線斜率的關(guān)系,利用e=求解.
考點(diǎn) 雙曲線的簡單幾何性質(zhì)
題點(diǎn) 求雙曲線的離心率
答案 [2,+∞)
解析 由題意知≥,即2≥3,
∴e=≥2,
故離心率e的取值范圍是[2,+∞).
點(diǎn)評 (1)當(dāng)直線與雙曲線有一個(gè)公共點(diǎn)時(shí),利用數(shù)形結(jié)合思想得到已知直線與漸近線斜率的關(guān)系,得到的范圍,再利用e=得到離心率的取值范圍.
(2)當(dāng)直線與雙曲線有兩個(gè)公共點(diǎn)時(shí),可聯(lián)立方程組應(yīng)用判別式Δ>0,從而可得的范圍,再利用e=即可得離心率的取值范圍.
跟蹤訓(xùn)練4 設(shè)雙曲線C:-y2=1(a>0)與直線l:x+y=1相交于兩個(gè)不同的點(diǎn),則雙曲線C的離心率e的取值范圍為( )
A. B.(,+∞)
C. D.∪(,+∞)
考點(diǎn) 雙曲線的簡單幾何性質(zhì)
題點(diǎn) 求雙曲線的離心率
答案 D
解析 由消去y并整理得
(1-a2)x2+2a2x-2a2=0.
由于直線與雙曲線相交于兩個(gè)不同的點(diǎn),
則1-a2≠0?a2≠1,且此時(shí)Δ=4a2(2-a2)>0?a2<2,
所以a2∈(0,1)∪(1,2).
另一方面,e=,則a2=,
從而e∈∪(,+∞).
五、利用焦半徑的性質(zhì)求離心率的取值范圍
例5 已知橢圓+=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn)分別為F1(-c,0),F(xiàn)2(c,0).若橢圓上存在點(diǎn)P使=,則該橢圓的離心率的取值范圍為________.
思維切入
→
答案 (-1,1)
解析 在△PF1F2中,由正弦定理知
=,
因?yàn)椋剑?
所以==,即|PF1|=e|PF2|.①
又因?yàn)辄c(diǎn)P在橢圓上,所以|PF1|+|PF2|=2a.
將①代入得|PF2|=,
又a-c<|PF2|<a+c,
同除以a得,1-e<<1+e,
又0<e<1,解得-1<e<1.
點(diǎn)評 圓錐曲線上一點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離叫做該點(diǎn)的焦半徑.
(1)橢圓焦半徑的取值范圍為[a-c,a+c].
(2)雙曲線的焦半徑:
①點(diǎn)P與焦點(diǎn)F位于y軸同側(cè)時(shí),其取值范圍為[c-a,+∞);
②點(diǎn)P與焦點(diǎn)F位于y軸異側(cè)時(shí),其取值范圍為[c+a,+∞).
跟蹤訓(xùn)練5 已知雙曲線-=1(a>0,b>0)的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,點(diǎn)P在雙曲線的右支上,且|PF1|=4|PF2|,則此雙曲線的離心率e的最大值為( )
A.B.C.2D.
考點(diǎn) 雙曲線的簡單幾何性質(zhì)
題點(diǎn) 求雙曲線的離心率
答案 B
解析 ∵P在雙曲線的右支上,
∴由雙曲線的定義可得|PF1|-|PF2|=2a,
∵|PF1|=4|PF2|,
∴4|PF2|-|PF2|=2a,
即|PF2|=a,
根據(jù)點(diǎn)P在雙曲線的右支上,
可得|PF2|=a≥c-a,
∴a≥c,又∵e>1,∴1<e≤,
∴此雙曲線的離心率e的最大值為.
1.在平面直角坐標(biāo)系xOy中,若雙曲線-=1(a>0,b>0)的右焦點(diǎn)F(c,0)到一條漸近線的距離為c,則其離心率的值是( )
A.B.3C.2D.4
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 C
解析 不妨設(shè)雙曲線的一條漸近線的方程為y=x,
所以=b=c,
所以b2=c2-a2=c2,得c=2a,
所以雙曲線的離心率e==2.
2.若雙曲線-=1(a>0,b>0)與直線y=2x無交點(diǎn),則離心率e的取值范圍是( )
A.(1,2) B.(1,2] C.(1,) D.(1,]
考點(diǎn) 雙曲線的離心率與漸近線
題點(diǎn) 雙曲線離心率的取值范圍
答案 D
解析 由題意可得,雙曲線漸近線的斜率≤2,所以e=≤.又e>1,所以離心率e的取值范圍是(1,].
3.如圖,已知F1,F(xiàn)2分別是橢圓的左、右焦點(diǎn),現(xiàn)以F2為圓心作一個(gè)圓恰好經(jīng)過橢圓中心并且交橢圓于點(diǎn)M,N,若過F1的直線MF1是圓F2的切線,則橢圓的離心率為( )
A.-1B.2-C.D.
考點(diǎn) 橢圓的離心率問題
題點(diǎn) 由a與c的關(guān)系式得離心率
答案 A
解析 ∵過F1的直線MF1是圓F2的切線,
∴∠F1MF2=90,|MF2|=c,∵|F1F2|=2c,
∴|MF1|=c,由橢圓定義可得|MF1|+|MF2|=c+c=2a,
∴橢圓離心率e==-1.
4.已知F1,F(xiàn)2是雙曲線-=1(a>0,b>0)的左、右焦點(diǎn),過F1且垂直于x軸的直線與雙曲線交于A,B兩點(diǎn),若△ABF2為鈍角三角形,則該雙曲線的離心率e的取值范圍為( )
A.(1,+∞) B.(+1,+∞)
C.(1,+1) D.(1,)
考點(diǎn) 雙曲線的幾何性質(zhì)
題點(diǎn) 求雙曲線離心率的取值范圍
答案 B
解析 由題設(shè)條件可知△ABF2為等腰三角形,且AF2=BF2,
只要∠AF2B為鈍角即可.
由題設(shè)可得AF1=,
所以有>2c,即2ac<c2-a2,
解得e∈(1+,+∞).
故選B.
5.過雙曲線C:-=1(a>0,b>0)的右焦點(diǎn)作一條與其漸近線平行的直線,交C于點(diǎn)P.若點(diǎn)P的橫坐標(biāo)為2a,則C的離心率為________.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 2+
解析 由雙曲線的對稱性,不妨設(shè)直線方程為y=(x-c).
由得x=.由=2a,e=,
解得e=2+(e=2-舍去).
6.已知雙曲線-=1(a>0,b>0)的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,點(diǎn)M在雙曲線的左支上,且|MF2|=7|MF1|,則此雙曲線的離心率的最大值為________.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案
解析 因?yàn)閨MF2|=7|MF1|,所以|MF2|-|MF1|=6|MF1|,
即2a=6|MF1|≥6(c-a),故8a≥6c,
即e=≤,
當(dāng)且僅當(dāng)M為雙曲線的左頂點(diǎn)時(shí),等號成立.
故此雙曲線離心率的最大值為.
7.已知橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,點(diǎn)P在橢圓C上,線段PF2與圓:x2+y2=b2相切于點(diǎn)Q,若Q是線段PF2的中點(diǎn),e為C的離心率,則的最小值是________.
考點(diǎn) 直線與橢圓的位置關(guān)系
題點(diǎn) 橢圓中的定點(diǎn)、定值、取值范圍問題
答案
解析 如圖,連接PF1,OQ,
由OQ為△PF1F2的中位線,可得OQ∥PF1,|OQ|=|PF1|.
由圓x2+y2=b2,
可得|OQ|=b,則|PF1|=2b.
由橢圓的定義可得|PF1|+|PF2|=2a,即|PF2|=2a-2b.
又OQ⊥PF2,所以PF1⊥PF2,
即(2b)2+(2a-2b)2=(2c)2,
即b2+a2-2ab+b2=c2=a2-b2,
化簡得2a=3b,即b=a.
∴c==a,則e==.
∴==≥2=,
當(dāng)且僅當(dāng)a=,即a=時(shí)等號成立,
所以的最小值為.