文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 【2018年秋季课程苏教版高二数学】《选修1-1:直线与椭圆的位置关系》教案

【2018年秋季课程苏教版高二数学】《选修1-1:直线与椭圆的位置关系》教案

适用学科 适用区域 知识点
高中数学 苏教版区域
适用年级 课时时长(分钟)
高二 2 课时
直线与椭圆的位置关系。常见的几类问题(交点个数问题、弦长问题、 中点弦问题) 1.掌握直线与椭圆的位置关系的判断方法. 2.掌握有关椭圆弦长问题的求解方法. 直线与圆锥曲线的位置关系的判断和弦长的求解 数形结合思想的应用
教学目标 教学重点 教学难点
【教学建议】 本节课采用创设问题情景——学生自主探究——师生共同辨析研讨——归纳总结组成 的“四环节”探究式学习方式,并在教学过程中根据实际情况及时地调整教学方案,通过创设 问题情景、学生自主探究、展示学生的研究过程来激励学生的探索勇气.
【知识导图】

教学过程
一、导入 【教学建议】
直线与圆有哪些位置关系?怎么判断的?想一想: 直线与椭圆有哪些位置关系, 能用直线与 圆的位置关系的判断方法来判断吗?如果不能,你有哪些方法?
二、知识讲解
【问题导思】直线与椭圆的位置关系如何判断? 【提示】判断直线 l 与椭圆 C 的位置关系时,通常将直线 l 的方程 Ax+By+C=0(A,B 不 同时为 0)代入椭圆 C 的方程 F(x,y)=0,消去 y(也可以消去 x)得到一个关于变量 x(或变量
? ?Ax+By+C=0, y)的一元方程,即? 消去 y,得 ax2+bx+c=0. ? ?F(x,y)=0,
设一元二次方程 ax2+bx+c=0 的判别式为 Δ,则 Δ>0 ? 直线与椭圆 C 相交;Δ=0 ? 直线

与椭圆 C 相切;Δ<0 ? 直线与椭圆 C 相离.
考点 2
弦长公式
【问题导思】直线与椭圆相交时,弦长怎么求? 【提示】设斜率为 k(k≠0)的直线 l 与圆锥曲线 C 相交于 A,B 两点,A(x1,y1),B(x2,y2), 则 AB ? ? x1 ? x2 ?2 ? ? y1 ? y2 ?2 ? ? x1 ? x2 ?2 ? ? kx1 ? kx2 ?2 ? k 2 ? 1 x1 ? x2 ? k 2 ? 1 ? x1 ? x2 ?2 ? 4x1 x2 或
AB ?
? x1 ? x2 ? ? ? y1 ? y2 ?
2
2
1 ? 1 1 2 ?1 ? ? y1 ? y2 ? ? ? y1 ? y2 ? ? 2 ? 1 y1 ? y2 ? 2 ? 1 k k k k ? ?
2
? y1 ? y2 ?
2
? 4 y1 y2 .
然后联立直线与椭圆的方程,建立关于变量 x(或变量 y)的一元二次方程,运用韦达定理求 弦长.
类型一
直线与椭圆的位置关系
x2 已知椭圆 +y2=1. 4 (1)当 m 为何值时,直线 y=x+m 与椭圆有两个不同的交点? (2)当 m=2 时,求直线被椭圆截得的线段长. 【思路探究】联立,消 y 得一元二次方程→Δ 判别式→m 的范围→根与系数的关系→由弦长 公式求弦长. x 2 ? ? 4 +y =1 【自主解答】(1)联立? 消去 y 得,5x2+8mx+4(m2-1)=0. ① ? ?y=x+m 因为 Δ=64m2-80(m2-1)>0,所以- 52

16 12 设线段端点为 A(x1,y1),B(x2,y2),由韦达定理,得 x1+x2=- ,x1x2= , 5 5 又 k=1,所以 AB= 【方法回顾】 1.直线与椭圆公共点个数问题,一般转化为方程根的问题,由 Δ 判别式进行判别. 2.求直线被圆锥曲线截得的弦长,一般用 AB= 进行求解,也可利用 AB= 1 1+ 2|y1-y2|= k 1+k2|x1-x2|= 1+k2 (x1+x2)2-4x1x2 1+k2 4 (x1+x2)2-4x1x2= 2. 5
1 1+ 2· k
(y1+y2)2-4y1y2进行求解.
已知椭圆 4x2+5y2=20 的一个焦点为 F,过点 F 且倾斜角为 45° 的直线 l 交椭圆于 A、B 两 点,求弦长 AB.

【思路探究】求出焦点 F 的坐标→求出直线 l 的斜率→设直线 l 的方程→联立方程→利用根 与系数的关系设而不解→由弦长公式求解 x2 y2 【自主解答】椭圆方程为 + =1,a= 5,b=2,c=1, 5 4 所以直线 l 的方程为 y=x+1(不失一般性,设 l 过左焦点),由? 9x2+10x-15=0. 10 5 设 A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1+x2=- ,x1· x2=- , 9 3 10 5 8 10 16 5 AB= 2|x1-x2|= 2· (x1+x2)2-4x1x2= 2· (- )2-4· (- )= 2· = . 9 3 9 9 【方法回顾】 1.解决直线与椭圆的位置关系问题经常利用设而不解的方法,解题步骤为: (1)设直线与椭圆的交点为 A(x1,y1),B(x2,y2);(2)联立直线与椭圆的方程;(3)消元得到关 于 x 或 y 的一元二次方程; (4)利用根与系数的关系设而不求; (5)把题干中的条件转化为 x1+x2,x1· x2 或 y1+y2,y1· y2, 进而求解. 2.利用弦长公式求弦长时,没必要验证方程的 Δ>0.
? ?y=x+1, ?4x2+5y2=20, ?
消去 y,得
类型二
求中点弦所在的直线方程
x2 y2 已知(4,2)是直线 l 被椭圆 + =1 所截得的线段的中点,则 l 的方程是________. 36 9 x2 y2 1 1 【自主解答】方法一:设直线 l 与椭圆相交于 A(x1,y1),B(x2,y2),则 + =1,且 36 9 y1-y2 x1+x2 x2 y2 2 2 + =1,两式相减,得 =- . 36 9 x1-x2 4(y1+y2) y1-y2 1 又 x1+x2=8,y1+y2=4,所以 =- , 2 x1-x2 1 故直线 l 的方程为 y-2=- (x-4),即 x+2y-8=0. 2

方法二:设直线 l 与椭圆相交于 A(x1,y1),B(x2,y2),设直线方程为 y ? 2 ? k ? x ? 4? ,即
y ? kx ? ? 2 ? 4k ? .
2 ? y ? kx ? ? 2 ? 4k ? 联立方程 ? 2 ,得 x 2 ? 4 ? ? kx ? ? 2 ? 4k ? ? ? ? 36 ? 0 , 2 ? x ? 4 y ? 36 ? 0
即 4k 2 ? 1 x 2 ? 8k ? 2 ? 4k ? x ? 4 ? 2 ? 4k ? ? 36 ? 0 .
2
?
?
又 x1+x2=8,所以 8 ? x1 ? x2 ? ?
8k ? 2 ? 4k ? 4k 2 ? 1
1 ,解得 k ? ? . 2
1 故直线 l 的方程为 y-2=- (x-4),即 x+2y-8=0. 2 【总结与反思】 处理中点弦问题常用的求解方法 1.点差法:即设出弦的两端点坐标后,代入圆锥曲线方程,并将两式相减,式中含有 x1+ y1-y2 x2,y1+y2, 三个未知量,这样就直接联系了中点和直线的斜率,借用中点公式即可求 x1-x2 得斜率. 2.根与系数的关系:即联立直线与圆锥曲线的方程得到方程组,化为一元二次方程后由根 与系数的关系求解. 注意: 中点弦问题常用的两种求解方法各有弊端: 根与系数的关系在解题过程中易产生漏解, 需关 注直线的斜率问题;点差法在确定范围方面略显不足.
类型三
直线与椭圆位置关系的应用
x2 y2 设 A1,A2 与 B 分别是椭圆 E: 2+ 2=1(a>b>0)的左、右顶点与上顶点,直线 A2B 与圆 C: a b x2+y2=1 相切. 1 1 (1)求证: 2+ 2=1; a b
???? ? ??? ? ON =0,试判断直线 l 与圆 C 的位置关系,并 (2)直线 l 与椭圆 E 交于 M,N 两点,且 OM ·

说明理由. x2 y2 【解】(1)已知椭圆 E: 2+ 2=1(a>b>0),A1,A2 与 B 分别是椭圆 E 的左、右顶点与上顶点, a b x y 所以 A1(-a,0),A2(a,0),B(0,b),直线 A2B 的方程是 + =1. a b 因为直线 A2B 与圆 C:x2+y2=1 相切,所以 1 1 1 =1,即 2+ 2=1. a b 1 1 + a2 b2
(2)设 M(x1,y1),N(x2,y2). ①若直线 l 的斜率存在,设直线 l:y=kx+m.
2 x2 y2 x2 (kx+m) 将 y=kx+m 代入 2+ 2=1,得 2+ =1, a b a b2
化简,得(b2+a2k2)x2+2a2kmx+a2m2-a2b2=0(Δ>0). a2m2-a2b2 2a2km 所以 x1+x2=- 2 ,x1x2= 2 , b +a2k2 b +a2k2
2 a2k2m2-a2b2k2 ?- 2a km ? 故 y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=k x1x2+km(x1+x2)+m = +km? b2+a2k2?+m2= ? ? b2+a2k2 2 2
b2m2-a2b2k2 b2+a2k2

???? ? ??? ? ON =0,所以 x1x2+y1y2=0. 因为 OM ·
1 1 把 x1x2,y1y2 代入上式,得(a2+b2)m2-a2b2(1+k2)=0.结合 2+ 2=1,得 m2=1+k2. a b 圆心到直线 l 的距离为 d= =1,所以直线 l 与圆 C 相切. 1+k2 a2b2-b2n2 , a2 |m|
x2 y2 ②若直线 l 的斜率不存在, 设直线 l: x=n. 把直线 l 代入 2+ 2=1, 得 y=± a b 所以|n|=
a2b2-b2n2 ,所以 a2n2=b2(a2-n2),解得 n=± 1,所以直线 l 与圆 C 相切. a2
综上所述,直线 l 与圆 C 相切. 【总结与反思】 研究直线和椭圆的位置关系,一般转化为研究其直线方程与椭圆方程组成的方程组解的个 数.对于填空题,充分利用几何条件,利用数形结合的方法求解.

x2 y 2 在平面直角坐标系 xOy 中, 过点 A(-2, -1)的椭圆 C: 2 ? 2 ? 1? a ? b ? 0 ? 的左焦点为 F, a b uuu r uuu r 短轴端点为 B1、B2, FB1 ? FB2 ? 2b2 .
(1)求 a、b 的值; (2)过点 A 的直线 l 与椭圆 C 的另一交点为 Q, 与 y 轴的交点为 R, 过原点 O 且平行于 l 的直 线与椭圆的一个交点为 P.若 AQ· AR=3OP2,求直线 l 的方程.
?0)?, ?B1 (0?, ?? b)?, ?B2 (0?, ?b) ,所以 FB1 ? ? c?, 【解】(1)因为 F (?c?, ?? b? , FB2 ? ? c?,?b? .
uuu r uuu r 因为 FB1 ? FB2 ? 2b2 ,所以 c2-b2=2b2.①
4 1 因为椭圆 C 过 A(-2,-1),代入得 2+ 2=1.② a b 由①②解得 a2=8,b2=2.所以 a=2 2,b= 2. (2)由题意,设直线 l 的方程为 y+1=k(x+2).
uuu r
uuu r
? ?y+1=k(x+2), 由?x2 y2 得(x+2)[(4k2+1)(x+2)-(8k+4)]=0. ? ? 8 + 2 =1,
8k+4 8k+4 因为 x+2≠0,所以 x+2= 2 ,即 xQ+2= 2 . 4k +1 4k + 1
? ?y=kx, 8 由题意,直线 OP 的方程为 y=kx.由?x2 y2 得(1+4k2)x2=8,则 x2 . P= 1+4k2 + =1, ? ?8 2
2 因为 AQ· AR=3OP2,所以|xQ-(-2)|× |0-(-2)|=3xP .
即?
? 8k+4 ? 8 ,解得 k=1,或 k=-2. ?×2=3× 2 4 k + 1 1+4k2 ? ?
当 k=1 时,直线 l 的方程为 x-y+1=0,当 k=-2 时,直线 l 的方程为 2x+y+5=0. 【总结与反思】 涉及弦长的问题中,应熟练地利用根与系数关系、设而不求法计算弦长;涉及垂直关系时也 往往利用根与系数关系、设而不求法简化运算;涉及过焦点的弦的问题,可考虑用圆锥曲线

的定义求解.
四 、课堂运用
【基础】 x2 y2 1.直线 y=kx-k+1 与椭圆 + =1 的位置关系是________. 9 4 x2 y2 2.已知椭圆 C: 2+ 2=1(a>b>0),F( 2,0)为其右焦点,过 F 且垂直于 x 轴的直线与椭 a b 圆相交所得的弦长为 2,则椭圆 C 的方程为________. 答案与解析 1.【解析】由于直线 y=kx-k+1=k(x-1)+1 过定点(1,1),而(1,1)在椭圆内,故直线 与椭圆必相交. 【答案】相交 c= 2, ? ?b 2.【解析】由题意,得? a =1, ? ?a =b +c ,
2 2 2 2
解得?
? ?a=2,
x2 y2 所以椭圆 C 的方程为 + =1. 4 2 ? b = 2, ?
x2 y2 【答案】 + =1 4 2 【巩固】 1 1? x2 1.椭圆 +y2=1 的弦被点? ?2,2?平分,则这条弦所在的直线方程是________. 2 2.焦点分别为(0,5 2)和(0,-5 2)的椭圆截直线 y=3x-2 所得椭圆的弦的中点的横坐标 1 为 ,求此椭圆方程. 2 答案与解析 1.【解析】设弦的两个端点为 A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1+x2=1,y1+y2=1.
2 x1 x2 2 2 因为 A,B 在椭圆上,所以 +y2 1=1, +y2=1. 2 2
(x1+x2)(x1-x2) y1-y2 x1+x2 1 1 +(y1+y2)(y1-y2)=0,即 =- =- ,即直线 AB 的斜率为- . 2 2 2 x1-x2 2(y1+y2)

1 1 1 x- ?,即 2x+4y-3=0. 所以直线 AB 的方程为 y- =- ? 2 2? 2? 【答案】2x+4y-3=0 x2 y2 2.【解】设 2+ 2=1(a>b>0),且 a2-b2=(5 2)2=50.① b a x y ? ?b2+a2=1 由? ,得(a2+9b2)x2-12b2x+4b2-a2b2=0, ? ?y=3x-2 x1+x2 1 6b2 1 2 2 因为 = ,所以 2 2=2,所以 a =3b ,② 2 2 a +9b x2 y2 此时 Δ>0,由①②,得 a2=75,b2=25,所以 + =1. 25 75 【提高】 x2 y2 1.设椭圆 C: 2+ 2=1(a>b>0)的右焦点为 F,过点 F 的直线 l 与椭圆 C 相交于 A,B 两点, a b → → 直线 l 的倾斜角为 60° ,AF=2FB. (1)求椭圆 C 的离心率; 15 (2)如果 AB= ,求椭圆 C 的方程. 4 答案与解析 1.【解】设 A(x1,y1),B(x2,y2)(y1<0,y2>0), (1)直线 l 的方程为 y= 3(x-c),其中 c= a2-b2.
2 2
? y ? 3 ? x ? c? - 3b2(c+2a) ? 2 2 2 2 4 联立 ? x 2 y 2 消去 x,得(3a +b )y +2 3b cy-3b =0,解得 y1= , 3a2+b2 ? 2 ? 2 ?1 b ?a
- 3b2(c-2a) y2= , 3a2+b2 3b2(c+2a) - 3b2(c-2a) → → c 2 因为AF=2FB,所以-y1=2y2,即 = 2· ,解得离心率 e= = . 2 2 2 2 a 3 3a +b 3a +b (2)因为 AB= =3,b= 5. 1 2 4 3ab2 15 c 2 5 5 15 1+ |y2-y1|,所以 · 2 2= .由 = 得 b= a.所以 a= ,得 a 3 4 a 3 3 4 4 3 3a +b

x2 y2 所以椭圆 C 的方程为 + =1. 9 5
五、课堂小结
直线与椭圆位置关系的判断、 有关椭圆弦的问题等能很好地渗透对函数方程思想和数形结合 思想的考查,一直是高考考查的重点,特别是焦点弦和中点弦等问题,涉及中点公式、根与 系数的关系以及设而不求、整体代入的技巧和方法,也是考查数学思想方法的热点题型.
六、课后作业
【基础】 1.若椭圆
x2 y2 ? ? 1 的弦被点(4,2)平分,则此弦所在直线的斜率为________. 36 9
x2 2.过点 M(-2,0)的直线 m 与椭圆 +y2=1 交于 P1、P2 两点,线段 P1P2 的中点为 P,设 2 直线 m 的斜率为 k1(k1≠0),直线 OP 的斜率为 k2,则 k1k2 的值为___________. 3.斜率为 1 的直线 l 与椭圆
x2 ? y 2 ? 1 相交于 A、B 两点,则 AB 的最大值为________. 4
4.椭圆的两个焦点坐标分别为 F1(- 3,0)和 F2( 3,0),且椭圆过点?1,-
?
3? . 2?
(1)求椭圆的方程; 6 ? (2)过点? ?-5,0?作不与 y 轴垂直的直线 l 交椭圆于 M,N 两点,A 为椭圆的左顶点,试判断 ∠MAN 的大小是否为定值,并说明理由. 答案与解析 1. ?
1 2
2. ?
1 2
3.
4 10 5
x2 4.(1)由题意,即可得到 +y2=1. 4 6 (2)设直线 MN 的方程为 x=ky- , 5
?x=ky-5, 12 64 联立直线 MN 和曲线 C 的方程可得? 得(k +4)y - ky- =0, 5 25 x ? 4 +y =1,
2 2 2 2
6

设 M(x1,y1),N(x2,y2),A(-2,0),y1y2=-
64 12k ,y1+y2= , 2 25(k +4) 5(k2+4)
4 16 π → → 则AM· AN=(x1+2,y1)· (x2+2,y2)=(k2+1)y1y2+ k(y1+y2)+ =0,即可得∠MAN= . 5 25 2 【巩固】 1.已知椭圆 4x2+y2=1 及直线 y=x+m. (1)当直线和椭圆有公共点时,求实数 m 的取值范围; (2)求被椭圆截得的最长弦所在的直线方程. 2.已知椭圆的中心在原点,焦点在x轴上,离心率为
3 ,且椭圆经过点M(4,1),直线 2
l?: ? y ? x ? m 交椭圆于不同的两点A,B.
(1)求该椭圆的方程; (2)求实数m的取值范围. 3.椭圆 ax2+by2=1 与直线 x+y-1=0 相交于 A,B 两点,C 是 AB 的中点,若 AB=2 2, OC 的斜率为 答案与解析 2 ,求椭圆的方程. 2
?4x2+y2=1, ? 1.【解】(1)由? 得 5x2+2mx+m2-1=0. ? ?y=x+m,
因为直线与椭圆有公共点,所以 Δ=4m2-20(m2-1)≥0,解得- 故 m 的取值范围为?- 5 5? . , 2 2? 5 5 ≤m≤ . 2 2
?
(2)设直线与椭圆交于 A(x1,y1)、B(x2,y2), 2m 1 由(1)知,5x2+2mx+m2-1=0,所以 x1+x2=- ,x1x2= (m2-1). 5 5 设弦长为 d,且 y1-y2=(x1+m)-(x2+m)=x1-x2, 所以 d= 2 = 5 (x1-x2)2+(y1-y2)2= 2(x1-x2)2= 2[(x1+x2)2-4x1x2]= 4m2 4 2 ? 2? ? 25 -5(m -1)?
10-8m2.
所以当 m=0 时,d 最大,此时直线方程为 y=x.

2.(1)由题意可设椭圆的方程为
x2 y 2 ? ? 1? a ? b ? 0 ? . a 2 b2
因为 e ?
3 ,所以 a 2 ? 4b2 . ① 2
又因为椭圆过点M(4,1),所以
16 1 ? ?1, ② a 2 b2
x2 y2 ? ? 1. 20 5
?a 2 ? 20 ,故椭圆的方程为 由①②解得 b 2 ? 5?,
(2)将 y ? x ? m 代入
2
x2 y2 ? ? 1 ,整理,得 5 x 2 ? 8mx ? 4m2 ? 20 ? 0 , 20 5
由题意知 D ? ? 8m ? ? 20 4m 2 ? 20 ? 0 ,解得 ?5 ? m ? 5 ,
?
?
?5? . 所以实数 m 的取值范围为 ? ?5?,
3.【解】解法一:设 A(x1,y1)、B(x2,y2), 代入椭圆方程并作差,得 a(x1+x2)(x1-x2)+b(y1+y2)(y1-y2)=0. y1-y2 y1+y2 2 而 =-1, =kOC= ,代入上式可得 b= 2a. 2 x1-x2 x1+x2
2 2 ? ?ax +by =1, 由方程组? 得(a+b)x2-2bx+b-1=0, ?x+y-1=0 ?
b-1 2b 所以 x1+x2= ,x1x2= . a+b a+b 再由 AB= 1+k2 |x2-x1|= 2|x2-x1|=2 2,得? b-1 ? 2b ? 2 -4· =4, ? ?a+b? a+b
1 2 x2 2y2 将 b= 2a 代入得 a= ,所以 b= .所以所求椭圆的方程是 + =1. 3 3 3 3
?ax2+by2=1, ? 解法二:由? 得(a+b)x2-2bx+b-1=0. ? ?x+y=1
设 A(x1,y1)、B(x2,y2), 则 AB= (k +1)(x1-x2) = 2·
2 2
4b2-4(a+b)(b-1) . (a+b)2 =1.①
因为 AB=2 2,所以
a+b-ab a+b

x1+x2 b a 设 C(x,y),则 x= = ,y=1-x= , 2 a+b a+b 因为 OC 的斜率为 2 a 2 1 2 ,所以 = .代入①,得 a= ,b= . 2 b 2 3 3
x2 2y2 所以 椭圆方程为 + =1. 3 3 【提高】 1.已知椭圆C:
x2 y 2 ? ? 1? a ? b ? 0 ? 的一个焦点为 a 2 b2
?
5 ?, ?0 ,离心率为
?
5 . 3
(1)求椭圆C的标准方程; (2)若动点P(x0,y0)为椭圆外一点,且点P到椭圆C的两条切线相互垂直,求点P的轨迹方程. 答案与解析 1.(1)由题意知
5 5 ?b ? 2 , ? , a2 ? b2 ? 5 ,解得 a ? 3?, a 3
x2 y2 ? ? 1. 9 4
因此椭圆 C 的标准方程为
(2) ①设从点 P 所引的直线的方程为 y ? y0 ? k ? x ? x0 ? ,即 y ? kx ? ? y0 ? kx0 ? ,
?k2 ,则 k1k2 ? ?1 , 当从点 P 所引的椭圆 C 的两条切线的斜率都存在时,分别设为 k1 ?,
将直线 y ? kx ? ? y0 ? kx0 ? 的方程代入椭圆 C 的方程,得
? 9k
2
? 4 ? x 2 ? 18k ? y0 ? kx0 ? x ? 9 ? y0 ? kx0 ? ? 36 ? 0 ,
2
2 2 2 ? ? D ?? ?18k ? y0 ? kx0 ?? ? ? 4 ? ? 9k ? 4 ? ?9 ? y0 ? kx0 ? ? 36? ? 0 ,
?k2 是关于 k 化简,得 ? y0 ? kx0 ? ? 9k 2 ? 4 ? 0 ,即 x0 2 ? 9 k 2 ? 2 x0 y0 k ? y02 ? 4 ? 0 ,则 k1 ?,
2
?
?
?
?
的一元二次方程 x0 2 ? 9 k 2 ? 2 x0 y0 k ? y02 ? 4 ? 0 的两根,则 k1k2 ?
2 2 x0 ? y0 ? 13 .
?
?
?
?
2 y0 ?4 ? ?1 ,化简,得 2 x0 ? 9
②当从点P所引的两条切线均与坐标轴垂直,则点P的坐标为(± 3,± 2),此时点P也在圆 x2+y2=13上. 综上所述,点 P 的轨迹方程为 x2+y2=13

相关文档
相关文档 最新文档