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小议离心率问题 平面上到一个定点 F 的距离和它到一条定直线 l 的距离之比是一个常数 e 的点的轨迹是圆锥曲线,其中点 F 是它的焦点,直线 l 是它的准线,比值 e 是它的离心率.对于给定的圆锥曲线,其 e 是确定的常数,但依据 e 取值范围的不同,所对应的曲线及形状也将发生改变. 当 0,1 e 时,对应的曲线是椭圆.固定 a ,若 e 越大且越接近于 1,则 c 越接近 a ,从而2 2a c b= 越小,即短轴 2b 越短,因此椭圆越扁;反之, e 越小且越接近于 0, c 越接近于 0,从而 b 越接近于 a ,此时椭圆就越接近于圆.当 1 e 时,对应的曲线是抛物线.当 1, e 时,对应的曲线是双曲线.以焦点在 x 轴上的双曲线为例,由221c bea a ,若 e 越大,ba也越大,渐近线by xa 的斜率的绝对值也越大,此时双曲线的形状就变得开阔;反之,双曲线就变得扁狭. 本人根据自己的教学经历及探索,简要归纳了 e 在圆锥曲线中的一些应用:
一、 直接求出 , a c ,求解 e 或构造 , a c 的齐次式,解出 e
例 1 1 椭圆经过原点,且焦点为 0 , 11F 、 0 , 32F ,则其离心率为(
)
解:由 0 , 11F 、 0 , 32F 知 1 3 2 c ,∴ 1 c ,又∵椭圆过原点,∴ 1 c a , 3 c a ,∴ 2 a , 1 c ,所以离心率21 ace . 例 例 2 设双曲线 12222 byax( b a 0 )的半焦距为 c ,直线 L 过 0 , a , b , 0 两点.已知原点到直线的距离为 c43,则双曲线的离心率为(
) 解:由已知,直线 L 的方程为 0 ab ay bx ,由点到直线的距离公式,得cb aab432 2,又2 2 2b a c , ∴23 4 c ab ,两边平方,得 4 2 2 23 16 c a c a ,整理得 0 16 16 32 4 e e ,得 42 e 或342 e ,又 b a 0
,∴ 2 12222 2222 abab aace ,∴ 42 e ,∴ 2 e . 习 习 题 (1)椭圆的焦距、短轴长、长轴长构成一个等比数列,则椭圆的离心率为()。
(2)设椭圆2 22 21( 0)x ya ba b 的两个焦点分别为1 2, F F ,点 P 在椭圆上,且
1 20 PF PF ,1 2tan 2 PF F ,则该椭圆的离心率为()。
(3)双曲线虚轴的一个端点为 M ,两个焦点分别为1 2, F F ,1 2120 FMF ,则双曲线的离心率为()。
二、 构建关于 e 的不等式 或利用判别式 的符号, 求 e 的取值范围
例 3 3 双曲线2 22 21 ( 1, 0)x ya ba b 的焦距为 2c ,直线 l 过点 ( , 0) a 和 (0, ) b ,且点(1, 0) 到直线 l 的距离与点 ( 1, 0) 到直线 l 的距离之和45s c .求双曲线的离心率 e 的取值范围.
解:直线 l 的方程为 1 byax,即
0 bx ay ab . 由点到直线的距离公式,且 1 a ,得到点(1,0)到直线 l 的距离2 21) 1 (b aa bd , 同理得到点(-1,0)到直线 l 的距离2 22) 1 (b aa bd . .2 22 22 1cabb aabd d s
由 ,54 2,54ccabc s 得
即
. 2 52 2 2c a c a
于是得2 25 1 2 e e ,即4 24 25 25 0 e e . 解不等式,得
. 5452 e
由于 , 0 1 e 所以 e 的取值范围是552e . 例 例 4 设双曲线222: 1( 0xC y aa )
与直线 1 l x y :
相交于不同两点 , A B ,求双曲线 C的离心率 e 的取值范围。
解:由22211x yxya
得 2 2 2 2(1 ) 2 2 0 a x a x a
24 2 21 04 8 (1 ) 0aa a a , 解得 0 2 1 a a 且
又221 11aea a 622e e 且
所以6( , 2) ( 2, )2e 。
习题
(1)椭圆 12222 byax( 0 b a )的焦点为1F 、2F ,两条准线与 x 轴的交点分别为 M 、N ,若2 12 F F MN ,则该椭圆离心率的取值范围是( )
(2)设双曲线 ) 0 , 0 ( 12222 b abyax的渐近线与抛物线21 y x 相切,则该双曲线的离心率等于( )
三、利用221bea 研究 e
例 例 6 过双曲线 ) 0 , 0 ( 12222 b abyax的右焦点 F 作渐近线by xa 的垂线,垂足为 M ,交双曲线的左、右两支分别于 , A B 两点,求双曲线离心率 e 的取值范围。
解:由题意知,MFakb
由于直线 MF 与双曲线两支均有交点,所以MFbka ,即 a bb a
,即2 2b a ,亦即221ba ,故221 2bea ,所以 2, e 。
习题 (1)
双曲线 ) 0 , 0 ( 12222 b abyax的一条渐近线方程为45y x ,则双曲线的离心率为(
)
(2)
双曲线2 21 0 tx y 的一条渐近线与直线 2 1 0 x y 垂直,则双曲线的离心率为(
)
(3)
已知双曲线 12222 byax( 0 , 0 b a )的右焦点为 F ,若过点 F 且倾斜角为060 的直线与双曲线的右支有且只有一个交点,则此双曲线离心率的取值范围是(
)
综上可知,离心率 e 在圆锥曲线中的应用非常广泛,虽风格各异,但也有异曲同工之处。这就要求我们教师在教学中注意总结方法,结合相关题型,使学生能够针对性地练习,举一反三,灵活应用,把握住知识点的融汇贯通,做到熟能生巧,左右逢源,那么学生在解决有关离心率的问题时,就会得心应手,满怀信心,挥洒自如。