高中數(shù)學(xué)選擇性必修一課件：3 1 2 第2課時(shí) 橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程及性質(zhì)的應(yīng)用(人教A版)

第2課時(shí)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程及性質(zhì)的應(yīng)用第三章

3.1.2橢圓的簡(jiǎn)單幾何性質(zhì)1.了解橢圓在實(shí)際生活中的應(yīng)用.2.進(jìn)一步掌握橢圓的方程及其性質(zhì)的應(yīng)用，會(huì)判斷直線與橢圓的位置

關(guān)系.學(xué)習(xí)目標(biāo)傳說，很久以前，在意大利的西西里島上有一個(gè)山洞，敘拉古的暴君杰尼西亞用這個(gè)山洞囚禁犯人.囚犯?jìng)兌啻蚊苤\逃跑，但是每次計(jì)劃都被杰尼西亞發(fā)現(xiàn).起初，囚犯?jìng)儜岩捎袃?nèi)奸，但是始終沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)奸是誰(shuí).后來他們察覺到關(guān)押他們的山洞很奇怪，人只要站在山洞入口處的某個(gè)地方，導(dǎo)語(yǔ)就能聽到很遠(yuǎn)處洞底的聲音，甚至連人的呼吸聲都能聽到，因此這個(gè)山洞被命名為“杰尼西亞的耳朵”.這個(gè)山洞的特別之處就在于它呈橢圓形，聲音可以從橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)反射到另一個(gè)焦點(diǎn)上，從而可以在洞口清晰地聽到洞底的聲音.隨堂演練課時(shí)對(duì)點(diǎn)練一、實(shí)際生活中的橢圓問題二、直線與橢圓的位置關(guān)系三、中點(diǎn)弦問題內(nèi)容索引一、實(shí)際生活中的橢圓問題例1

(多選)中國(guó)的嫦娥四號(hào)探測(cè)器，簡(jiǎn)稱“四號(hào)星”，是世界首個(gè)在月球背面軟著陸和巡視探測(cè)的航天器.2019年9月25日，中國(guó)科研人員利用嫦娥四號(hào)數(shù)據(jù)精確定位了嫦娥四號(hào)的著陸位置，并再現(xiàn)了嫦娥四號(hào)的落月過程，該成果由國(guó)際科學(xué)期刊《自然·通訊》在線發(fā)表.如圖所示，現(xiàn)假設(shè)“四號(hào)星”沿地月轉(zhuǎn)移軌道飛向月球后，在月球附近一點(diǎn)P變軌進(jìn)入以月球球心F為一個(gè)焦點(diǎn)的橢圓軌道Ⅰ繞月飛行，之后衛(wèi)星在P點(diǎn)第二次變軌進(jìn)入仍以F為一個(gè)焦點(diǎn)的橢圓軌道Ⅱ繞月飛行.若用2c1和2c2分別表示橢圓軌道Ⅰ和Ⅱ的焦距，用2a1和2a2分別表示橢圓軌道Ⅰ和Ⅱ的長(zhǎng)軸長(zhǎng)，則下列式子正確的是√√解析由圖可知，a1>a2，c1>c2，所以a1＋c1>a2＋c2，所以A不正確；在橢圓軌道Ⅰ中可得，a1－c1＝|PF|，在橢圓軌道Ⅱ中可得，|PF|＝a2－c2，所以a1－c1＝a2－c2，所以B正確；反思感悟解決和橢圓有關(guān)的實(shí)際問題的思路(數(shù)學(xué)抽象)(1)通過數(shù)學(xué)抽象，找出實(shí)際問題中涉及的橢圓，將原問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題.(2)確定橢圓的位置及要素，并利用橢圓的方程或幾何性質(zhì)求出數(shù)學(xué)問題的解.(3)用解得的結(jié)果說明原來的實(shí)際問題.跟蹤訓(xùn)練1

某隧道的拱線設(shè)計(jì)為半個(gè)橢圓的形狀，最大拱高h(yuǎn)為6米(如圖所示)，路面設(shè)計(jì)是雙向車道，車道總寬為

如果限制通行車輛的高度不超過4.5米，那么隧道設(shè)計(jì)的拱寬d至少應(yīng)是____米.解得a＝16，∵車輛高度不超過4.5米，∴a≥16，d＝2a≥32，故拱寬至少為32米.32跟蹤訓(xùn)練1

某隧道的拱線設(shè)計(jì)為半個(gè)橢圓的形狀，最大拱高h(yuǎn)為6米(如圖所示)，路面設(shè)計(jì)是雙向車道，車道總寬為

如果限制通行車輛的高度不超過4.5米，那么隧道設(shè)計(jì)的拱寬d至少應(yīng)是____米.解得a＝16，∵車輛高度不超過4.5米，∴a≥16，d＝2a≥32，故拱寬至少為32米.32二、直線與橢圓的位置關(guān)系問題1

類比直線與圓的位置關(guān)系，探究直線與橢圓的位置關(guān)系時(shí)，如何確定直線與橢圓的位置關(guān)系？提示聯(lián)立直線與橢圓的方程，看公共解的個(gè)數(shù).位置關(guān)系解的個(gè)數(shù)Δ的取值相交

解Δ

0相切

解Δ

0相離

解Δ

0兩>知識(shí)梳理一＝無<注意點(diǎn)：設(shè)直線方程時(shí)，容易忽略斜率不存在的情況.(1)有兩個(gè)不同的公共點(diǎn)；將①代入②，整理得9x2＋8mx＋2m2－4＝0，

③關(guān)于x的一元二次方程的判別式Δ＝(8m)2－4×9×(2m2－4)＝－8m2＋144.將①代入②，整理得9x2＋8mx＋2m2－4＝0，

③關(guān)于x的一元二次方程的判別式Δ＝(8m)2－4×9×(2m2－4)＝－8m2＋144.(2)有且只有一個(gè)公共點(diǎn)；(3)沒有公共點(diǎn)？反思感悟直線與橢圓有無公共點(diǎn)或有幾個(gè)公共點(diǎn)的問題，實(shí)際上是研究它們的方程組成的方程組是否有實(shí)數(shù)解或?qū)崝?shù)解的個(gè)數(shù)問題，將求最小距離問題轉(zhuǎn)化為直線與橢圓的相切問題.此時(shí)要注意分類討論思想和數(shù)形結(jié)合思想的運(yùn)用.跟蹤訓(xùn)練2

已知橢圓

直線l：x＋my－m＝0(m∈R)，則直線l與橢圓的位置關(guān)系是A.相離 B.相切C.相交 D.不確定√解析由題意知，l：x＋my－m＝0(m∈R)恒過點(diǎn)(0,1)，所以點(diǎn)(0,1)在橢圓內(nèi)部，所以直線l與橢圓相交.三、中點(diǎn)弦問題問題2

已知橢圓的方程為

(m>0，n>0，m≠n)，直線與橢圓相交于點(diǎn)A(x1，y1)，B(x2，y2)(x1≠x2)，弦的中點(diǎn)為(x0，y0)，你能求出kOM·kAB的值嗎？知識(shí)梳理x＋2y－4＝0解析方法一易知直線AB的斜率k存在，設(shè)所求直線的方程為y－1＝k(x－2)，得(4k2＋1)x2－8(2k2－k)x＋4(2k－1)2－16＝0.設(shè)點(diǎn)A(x1，y1)，B(x2，y2)，則x1，x2是上述方程的兩根，又M為AB的中點(diǎn)，故所求直線的方程為x＋2y－4＝0.經(jīng)檢驗(yàn)，所求直線滿足題意.方法二設(shè)點(diǎn)A(x1，y1)，B(x2，y2).∵M(jìn)(2,1)為AB的中點(diǎn)，∴x1＋x2＝4，y1＋y2＝2.又A，B兩點(diǎn)在橢圓上，于是(x1＋x2)(x1－x2)＋4(y1＋y2)(y1－y2)＝0.故所求直線的方程為x＋2y－4＝0.經(jīng)檢驗(yàn)，所求直線滿足題意.方法三設(shè)所求直線與橢圓的一個(gè)交點(diǎn)為A(x，y)，由于AB的中點(diǎn)為M(2,1)，則另一個(gè)交點(diǎn)為B(4－x，2－y).∵A，B兩點(diǎn)都在橢圓上，①②①－②，化簡(jiǎn)得x＋2y－4＝0.顯然點(diǎn)A的坐標(biāo)滿足這個(gè)方程，代入驗(yàn)證可知點(diǎn)B的坐標(biāo)也滿足這個(gè)方程，而過點(diǎn)A，B的直線只有一條，故所求直線的方程為x＋2y－4＝0.反思感悟涉及弦的中點(diǎn)，還可使用點(diǎn)差法：設(shè)出弦的兩端點(diǎn)坐標(biāo)，代入橢圓方程，兩式相減即得弦的中點(diǎn)坐標(biāo)與斜率的關(guān)系.1.知識(shí)清單：(1)實(shí)際生活中的橢圓問題.(2)直線與橢圓的位置關(guān)系.(3)中點(diǎn)弦的求法.2.方法歸納：分類討論法、點(diǎn)差法.3.常見誤區(qū)：忽略直線中斜率不存在的情況.課堂小結(jié)隨堂演練1.已知直線l：x＋y－3＝0，橢圓

＋y2＝1，則直線與橢圓的位置關(guān)系是A.相離 B.相切C.相交 D.相交或相切√1234∵Δ＝(－24)2－4×5×32＝－64<0，∴直線與橢圓相離.2.直線y＝x－1被橢圓2x2＋y2＝4所截得的弦的中點(diǎn)坐標(biāo)是√1234消去y得2x2＋(x－1)2＝4，即3x2－2x－3＝0，3.若直線y＝x＋2與橢圓

有兩個(gè)公共點(diǎn)，則m的取值范圍是________________.1234(1,3)∪(3，＋∞)∴m>0且m≠3.得(m＋3)x2＋4mx＋m＝0，∴Δ＝16m2－4m(m＋3)>0，解得m>1或m<0.∴m>1且m≠3，∴m的取值范圍是(1,3)∪(3，＋∞).4.萬(wàn)眾矚目的北京冬奧會(huì)將于2022年2月4日正式開幕，繼2008年北京奧運(yùn)會(huì)之后，國(guó)家體育場(chǎng)(又名鳥巢)將再次承辦奧運(yùn)會(huì)開幕式.在手工課上，王老師帶領(lǐng)同學(xué)們一起制作了一個(gè)近似鳥巢的金屬模型，其俯視圖可近似看1234成是兩個(gè)大小不同、扁平程度相同的橢圓.已知大橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)為40cm，短軸長(zhǎng)為20cm，小橢圓的短軸長(zhǎng)為10cm，則小橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)為___cm.20解析因?yàn)閮蓚€(gè)橢圓的扁平程度相同，所以橢圓的離心率相同，1234解得a?。?0.所以小橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)為20cm.課時(shí)對(duì)點(diǎn)練A.相交 B.相切C.相離

D.無法判斷√基礎(chǔ)鞏固12345678910111213141516即點(diǎn)(0,1)在橢圓內(nèi)部，所以可推斷直線與橢圓相交.12345678910111213141516消去y得9x2＋10x－15＝0，Δ＝100－4×9×(－15)＝640>0，所以直線與橢圓相交.A.－2 B.－1C.1 D.2√12345678910111213141516解析∵x＋4y＋m＝0，12345678910111213141516設(shè)A(x1，y1)，B(x2，y2)，∵AB中點(diǎn)的橫坐標(biāo)為1，3.德國(guó)天文學(xué)家開普勒發(fā)現(xiàn)天體運(yùn)行軌道是橢圓，已知地球運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，太陽(yáng)在它的一個(gè)焦點(diǎn)上，軌道近日點(diǎn)到太陽(yáng)中心的距離和遠(yuǎn)日點(diǎn)到太陽(yáng)中心的距離之比是29∶30，那么地球運(yùn)行軌道所在橢圓的離心率是√解析設(shè)橢圓的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)為a，半焦距為c，12345678910111213141516√12345678910111213141516√√12345678910111213141516解析顯然當(dāng)x＝1時(shí)，直線與橢圓有兩個(gè)交點(diǎn)，不符合題意；12345678910111213141516由直線與橢圓相切，得Δ＝0，A.x－y－3＝0 B.x＋y－2＝0C.2x＋3y－3＝0 D.3x－y－10＝0√12345678910111213141516即x－y－4＝0，切線l的斜率為1.與直線l垂直的直線的斜率為－1，故過A點(diǎn)且與直線l垂直的直線方程為y＋1＝－(x－3)，即x＋y－2＝0.7.已知以F1(－2,0)，F(xiàn)2(2,0)為焦點(diǎn)的橢圓與直線x＋

y＋4＝0有且僅有一個(gè)公共點(diǎn)，則橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)為______.123456789101112131415169x＋y－5＝012345678910111213141516解析設(shè)A(x1，y1)，B(x2，y2).因?yàn)辄c(diǎn)A，B在橢圓上，12345678910111213141516所以x1＋x2＝1，y1＋y2＝1，12345678910111213141516整理得9x＋y－5＝0.9.已知橢圓x2＋8y2＝8，在橢圓上求一點(diǎn)P，使P到直線l：x－y＋4＝0的距離最短，并求出最短距離.12345678910111213141516解設(shè)與直線x－y＋4＝0平行且與橢圓相切的直線方程為x－y＋a＝0，12345678910111213141516消x得9y2－2ay＋a2－8＝0，由Δ＝4a2－36(a2－8)＝0，解得a＝3或a＝－3，∴與直線l距離較近的切線為x－y＋3＝0，它們之間的距離即為所求最短距離，且直線x－y＋3＝0與橢圓的切點(diǎn)即為所求點(diǎn)P.1234567891011121314151610.已知點(diǎn)A，B的坐標(biāo)分別是(－1,0)，(1,0)，直線AM，BM相交于點(diǎn)M，且它們的斜率之積為－2.(1)求動(dòng)點(diǎn)M的軌跡方程；12345678910111213141516解設(shè)M(x，y).因?yàn)閗AM·kBM＝－2，化簡(jiǎn)得2x2＋y2＝2(x≠±1).即點(diǎn)M的軌跡方程為2x2＋y2＝2(x≠±1).12345678910111213141516解設(shè)C(x1，y1)，D(x2，y2).1234567891011121314151612345678910111213141516即所求直線l的方程為2x＋2y－3＝0.√12345678910111213141516綜合運(yùn)用消去y，得(m＋n)x2－2nx＋n－1＝0.設(shè)M(x1，y1)，N(x2，y2)，MN的中點(diǎn)為(x0，y0)，1234567891011121314151612.美學(xué)四大構(gòu)件是：史詩(shī)、音樂、造型(繪畫、建筑等)和數(shù)學(xué).素描是學(xué)習(xí)繪畫的必要一步，它包括了明暗素描和結(jié)構(gòu)素描，而學(xué)習(xí)幾何體結(jié)構(gòu)素描是學(xué)習(xí)素描最重要的一步.某同學(xué)在畫“切面圓柱體”(用與圓柱底面不平行的平面去截圓柱，√12345678910111213141516底面與截面之間的部分叫做切面圓柱體)的過程中，發(fā)現(xiàn)“切面”是一個(gè)橢圓(如圖所示)，若“切面”所在平面與底面成60°角，則該橢圓的離心率為解析橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)為2a，短軸長(zhǎng)為2b，“切面”是一個(gè)橢圓，由“切面”所在平面與底面成60°角，1234567891011121314151612345678910111213141516√消去x，化簡(jiǎn)得(a2＋2b2)y2－8b2y＋b2(8－a2)＝0，由Δ＝0得2b2＋a2－8＝0.設(shè)F′為橢圓C的左焦點(diǎn)，連接F′E(圖略)，易知F′E∥l，所以F′E⊥EF.12345678910111213141516在Rt△F′EF中，由|F′E|2＋|EF|2＝|F′F|2，化簡(jiǎn)得2b2＝a2，代入2b2＋a2－8＝0得b2＝2，a＝2，c2＝2.所以|EF|＝|F′E|＝2，12345678910111213141516即x＋4y＝0.又橢圓的弦的中點(diǎn)只能在橢圓內(nèi)，1234567891011121314151615.圓錐曲線與空間幾何體具有深刻而廣泛的聯(lián)系，如圖所示，底面半徑為1，高為3的圓柱內(nèi)放有一個(gè)半徑為1的球，球與圓柱下底面相切，作不與圓柱底面平行的平面α與球相切于點(diǎn)F，若平面α與圓柱側(cè)面相交所得曲線為封閉曲線τ，τ是以F為一個(gè)焦點(diǎn)的橢圓，則τ的的離心率的取值范圍是√拓廣探究12345678910111213141516解析當(dāng)α與底面趨于平行時(shí)τ幾乎成為一個(gè)圓，因此離心率可以充分接近0.當(dāng)α與底面的夾角最大時(shí)，τ的離心率達(dá)到最大，下面求解這一最大值.如圖，AB為長(zhǎng)軸，F(xiàn)為焦點(diǎn)時(shí)，e最大，a＋c＝|BF|＝|BG|＝2，1234567891011121314151616.如圖，我區(qū)新城公園將在長(zhǎng)34米、寬30米的矩形地塊內(nèi)開鑿一個(gè)“撻圓”形水池，水池邊緣由兩個(gè)半橢圓

組成，其中a>b>9，“撻圓”內(nèi)切于矩形(即“撻圓”與矩形各邊均有且只有一個(gè)公共點(diǎn)).(1)求“撻圓”的方程；12345678910111213141516解由題意知b＝15，a＋9＝34，解得a＝25，b＝15.(2)在“撻圓”形水池內(nèi)建一矩形網(wǎng)箱養(yǎng)殖觀賞魚，若該矩形網(wǎng)箱的一條邊所在直線方程為y＝t(t∈(0,15))，求該網(wǎng)箱所占水面面積的最大值.12345678910111213141516解設(shè)P(x0，t)為矩形在第一象限內(nèi)的頂點(diǎn)，Q(x1，t)為矩形在第二象限內(nèi)的頂點(diǎn)，12345678910111213141516所以網(wǎng)箱所占水面面積的最大值為510m2.備用工具&資料(2)在“撻圓”形水池內(nèi)建一矩形網(wǎng)箱養(yǎng)殖觀賞魚，若該矩形網(wǎng)箱的一條邊所在直線方程為y＝t(t∈(0,15))，求該網(wǎng)箱所占水面面積的最大值.1234567891011