第6课:椭圆的几何性质

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. 范围——椭圆的有界性

从标准方程 $\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1$ 出发:

$\dfrac{x^2}{a^2} \leq 1 \implies -a \leq x \leq a$
$\dfrac{y^2}{b^2} \leq 1 \implies -b \leq y \leq b$
椭圆上所有点都在矩形 $[-a, a] \times [-b, b]$ 内,这是椭圆的有界性

2. 对称性——椭圆的对称特征

验证方法:将坐标代入方程,看方程是否改变。

对称类型验证方式结论
关于 $x$ 轴对称将 $y$ 替换为 $-y$,方程不变
关于 $y$ 轴对称将 $x$ 替换为 $-x$,方程不变
关于原点对称同时将 $x, y$ 替换为 $-x, -y$,方程不变

结论

3. 顶点——椭圆与对称轴的交点

四个顶点坐标(焦点在 $x$ 轴):

顶点坐标说明
$A_1$$(-a, 0)$左顶点(长轴左端点)
$A_2$$(a, 0)$右顶点(长轴右端点)
$B_1$$(0, -b)$下顶点(短轴下端点)
$B_2$$(0, b)$上顶点(短轴上端点)

长轴与短轴

记忆:长轴端点在焦点所在的轴上,短轴端点在另一条轴上。

4. 离心率——刻画椭圆的扁平程度

定义:椭圆的半焦距 $c$ 与长半轴 $a$ 的比值称为离心率,记作 $e$。

$e = \dfrac{c}{a} = \dfrac{\sqrt{a^2 - b^2}}{a} = \sqrt{1 - \dfrac{b^2}{a^2}}$

离心率的范围:$0 < e < 1$

离心率的几何意义

$e$ 的值椭圆形状直观理解
$e \to 0$接近圆形$c \to 0$,两焦点几乎重合
$e \to 1$非常扁平$c \to a$,$b \to 0$,椭圆被"压扁"
关键关系:$\dfrac{b}{a} = \sqrt{1 - e^2}$,所以 $e$ 越小,$\dfrac{b}{a}$ 越接近 1,椭圆越圆。

5. 椭圆的几何性质总结表

性质焦点在 $x$ 轴焦点在 $y$ 轴
标准方程$\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1$$\dfrac{y^2}{a^2} + \dfrac{x^2}{b^2} = 1$
范围$-a \leq x \leq a$,$-b \leq y \leq b$$-b \leq x \leq b$,$-a \leq y \leq a$
长轴端点$(\pm a, 0)$$(0, \pm a)$
短轴端点$(0, \pm b)$$(\pm b, 0)$
对称轴$x$ 轴、$y$ 轴$x$ 轴、$y$ 轴
对称中心原点原点
焦点$(\pm c, 0)$$(0, \pm c)$
焦距$2c$$2c$
离心率$e = \dfrac{c}{a}$$e = \dfrac{c}{a}$
$a, b, c$ 关系$a^2 = b^2 + c^2$$a^2 = b^2 + c^2$

二、典例精讲

【例1】已知方程求几何性质(基础)

求椭圆 $\dfrac{x^2}{25} + \dfrac{y^2}{9} = 1$ 的长轴长、短轴长、焦点坐标、顶点坐标和离心率。

【例2】求离心率(中等)

已知椭圆 $\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1$($a > b > 0$)的短轴长等于焦距,求离心率。

【例3】由几何性质求方程(提高)

已知椭圆的长轴长为 10,离心率为 $\dfrac{3}{5}$,求椭圆的标准方程。

三、课堂练习

基础巩固

1.

求下列椭圆的长轴长、短轴长、焦点坐标、顶点坐标和离心率。

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

(2) $\dfrac{x^2}{9} + \dfrac{y^2}{25} = 1$

2.

椭圆 $4x^2 + y^2 = 16$ 的长轴长为____,短轴长为____,焦点坐标为____,离心率为____。

3.

已知椭圆 $\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1$($a > b > 0$)的离心率为 $\dfrac{\sqrt{3}}{2}$,求 $\dfrac{b}{a}$ 的值。

4.

比较下列各组椭圆哪一个更圆:

(1) $\dfrac{x^2}{25} + \dfrac{y^2}{9} = 1$ 与 $\dfrac{x^2}{25} + \dfrac{y^2}{16} = 1$

(2) $\dfrac{x^2}{16} + \dfrac{y^2}{9} = 1$ 与 $\dfrac{x^2}{16} + \dfrac{y^2}{4} = 1$

能力提升

5.

已知椭圆 $\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1$($a > b > 0$)的一个顶点为 $B(0, 2)$,离心率为 $\dfrac{\sqrt{5}}{3}$,求椭圆的标准方程。

6.

已知椭圆的长轴长是短轴长的 2 倍,且过点 $(2, 1)$,求椭圆的标准方程。

7.

椭圆 $\dfrac{x^2}{25} + \dfrac{y^2}{9} = 1$ 上一点 $P$ 到右焦点的距离为 4,求点 $P$ 到左焦点的距离,以及 $\triangle F_1PF_2$ 的面积。

四、课堂小结

核心知识清单

知识点要点
范围$-a \leq x \leq a$,$-b \leq y \leq b$(有界性)
对称性关于 $x$ 轴、$y$ 轴、原点对称
顶点四个顶点:$(\pm a, 0)$,$(0, \pm b)$
长轴/短轴长轴长 $= 2a$,短轴长 $= 2b$
离心率$e = \dfrac{c}{a} = \sqrt{1 - \dfrac{b^2}{a^2}}$,$0 < e < 1$
形状判断$e$ 越小越圆,$e$ 越大越扁

方法总结

  1. 已知方程求性质:先确定 $a^2$、$b^2$ → 求 $c$ → 计算各项性质
  2. 已知性质求方程:由条件列关于 $a$、$b$、$c$ 的方程组 → 注意焦点位置讨论
  3. 离心率问题:灵活运用 $e = \dfrac{c}{a}$ 和 $a^2 = b^2 + c^2$ 进行转化