第5课:椭圆定义与标准方程

高一升高二暑假衔接班 · 苏教版选择性必修第一册
课时:90分钟难度:⭐⭐⭐学生版

一、知识梳理

1. 从圆到椭圆——定义的类比

圆的定义:平面内到一个定点距离等于定长的点的轨迹。

椭圆的定义:平面内与两个定点 $F_1$、$F_2$ 的距离之和等于常数(大于 $|F_1F_2|$)的点的轨迹。

集合表示:$\{M \mid |MF_1| + |MF_2| = 2a,\; 2a > 2c > 0\}$

2. 退化情形(重要!)

条件轨迹直观理解
$2a > 2c$椭圆正常情形
$2a = 2c$线段 $F_1F_2$动点只能在两焦点之间运动
$2a < 2c$不存在三角不等式不允许
高考陷阱:看到 $|MF_1| + |MF_2| = $ 常数,不要急着说是椭圆!必须先验证常数 $> |F_1F_2|$。

3. 椭圆的标准方程

焦点在 $x$ 轴上

$\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1 \quad (a > b > 0)$,焦点:$F_1(-c, 0)$,$F_2(c, 0)$

焦点在 $y$ 轴上

$\dfrac{y^2}{a^2} + \dfrac{x^2}{b^2} = 1 \quad (a > b > 0)$,焦点:$F_1(0, -c)$,$F_2(0, c)$
记忆口诀:"焦点跟着大的走"——$a^2$ 在哪个分母,焦点就在哪个轴上。

4. $a$、$b$、$c$ 的关系

$a^2 = b^2 + c^2$(椭圆中 $a$ 最大)
参数几何意义
$a$长半轴长(原点到长轴顶点的距离)
$b$短半轴长(原点到短轴顶点的距离)
$c$半焦距(原点到焦点的距离)

几何直觉:短轴端点 $B(0, b)$ 到焦点 $F_1(-c, 0)$ 的距离等于 $a$,因此在直角三角形 $OBF_1$ 中:$b^2 + c^2 = a^2$。

5. 焦点位置的判断

核心法则:比较 $x^2$ 和 $y^2$ 下面分母的大小——分母大的方向就是焦点所在轴

方程判断焦点位置
$\dfrac{x^2}{25} + \dfrac{y^2}{9} = 1$$25 > 9$焦点在 $x$ 轴
$\dfrac{x^2}{4} + \dfrac{y^2}{16} = 1$$16 > 4$焦点在 $y$ 轴

二、典例精讲

【例1】定义的直接应用(基础)

已知 $F_1(-3, 0)$、$F_2(3, 0)$ 是椭圆的两个焦点,$P$ 是椭圆上一点,且 $|PF_1| + |PF_2| = 10$,求椭圆的标准方程。

【例2】待定系数法求方程(中等)

已知椭圆过两点 $A(\sqrt{3}, -2)$ 和 $B(-2\sqrt{3}, 1)$,求椭圆的标准方程。

【例3】焦点三角形问题(提高)

椭圆 $\dfrac{x^2}{9} + \dfrac{y^2}{4} = 1$ 的两个焦点为 $F_1$、$F_2$,$P$ 为椭圆上一点,$\angle F_1PF_2 = 60°$,求 $\triangle F_1PF_2$ 的面积。

三、课堂练习

基础巩固

1.

判断下列方程是否表示椭圆。若是,指出焦点位置,并写出 $a$、$b$、$c$ 的值。

(1) $\dfrac{x^2}{16} + \dfrac{y^2}{9} = 1$

(2) $\dfrac{x^2}{4} + \dfrac{y^2}{25} = 1$

(3) $x^2 + 2y^2 = 1$

(4) $\dfrac{x^2}{9} - \dfrac{y^2}{4} = 1$

2.

已知 $a = 5$,$c = 3$,求 $b$ 的值,并写出焦点在 $x$ 轴上的椭圆标准方程。

3.

求满足下列条件的椭圆标准方程:

(1) 焦点为 $(\pm 4, 0)$,$a = 5$

(2) 焦点为 $(0, \pm 2)$,$b = 1$

4.

椭圆 $\dfrac{x^2}{25} + \dfrac{y^2}{9} = 1$ 上一点 $P$ 到焦点 $F_1$ 的距离为 6,求 $P$ 到另一个焦点 $F_2$ 的距离。

5.

若方程 $\dfrac{x^2}{m} + \dfrac{y^2}{4} = 1$ 表示焦点在 $x$ 轴上的椭圆,求 $m$ 的取值范围。

能力提升

6.

已知椭圆过 $A(0, 2)$ 和 $B(1, 0)$ 两点,求椭圆的标准方程。

7.

椭圆 $\dfrac{x^2}{25} + \dfrac{y^2}{9} = 1$ 上一点 $P$ 到 $F_1$ 的距离为 8,求 $\triangle PF_1F_2$ 的面积。

8.

已知 $B(0, 3)$ 是椭圆的上顶点,$F_1$、$F_2$ 是焦点,$\triangle BF_1F_2$ 是等边三角形,求椭圆的标准方程。

四、课堂小结

核心知识清单

知识点要点
椭圆定义$|MF_1| + |MF_2| = 2a$($2a > 2c > 0$)
退化情形$2a = 2c$ → 线段;$2a < 2c$ → 不存在
标准方程(焦点在 $x$ 轴)$\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1$($a > b > 0$)
标准方程(焦点在 $y$ 轴)$\dfrac{y^2}{a^2} + \dfrac{x^2}{b^2} = 1$($a > b > 0$)
$a, b, c$ 关系$a^2 = b^2 + c^2$($a$ 最大)
焦点位置判断分母大的方向 → 焦点所在轴

方法总结

  1. 定义法:已知焦点和距离和 → 直接求 $a, c$ → 得 $b^2$
  2. 待定系数法:已知椭圆过某些点 → 设 $mx^2 + ny^2 = 1$($m, n > 0$)避免讨论焦点位置
  3. 焦点三角形:定义 + 余弦定理联立,面积公式 $S = b^2 \tan\dfrac{\theta}{2}$