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椭圆是圆锥曲线这一章节中最重要的内容之一,由于对其概念、性质理解不够透彻,同学们解题过程中容易产生错误,以下对一些常见错误进行剖析,帮助大家更准确地理解椭圆的概念、性质,走出解题误区.
对椭圆的第一定义理解不深,忽视定义中的限制条件
例1 若平面内动点P到两定点[F1(-3,0)、F2(3,0)]的距离之和为6,则动点P的轨迹为( )
A. 椭圆 B. 圆
C. 一条线段 D. 以上答案都不对
错解 根据椭圆的定义可以判断出动点P的轨迹为椭圆,选A.
解析 错解中忽视了椭圆第一定义中的限制条件:点P到两定点[F1(-3,0),F2(3,0)]的距离之和[2a>F1F2],因为题中[PF1+PF2=6=F1F2],所以点P的轨迹是线段[F1F2],选C.
点拨 若[PF1+PF2=2a],[F1F2=2c],当[2a>2c]时,P点的轨迹是椭圆,当[2a=2c]时,P点的轨迹是线段[F1F2],当[2a<2c]时,P点的轨迹不存在.
[对椭圆的两种标准方程混淆不清,忽视焦点位置的讨论]
例2 若椭圆C:[x2k+8+y29=1]的离心率[e=12],求实数[k]的值.
错解 由题意得[a2=k+8,b2=9,]
[∴c2=a2-b2=k-1],
由[e=12]得[k-1k+8=12],
即[k=4.]
解析 从题目中的标准方程无法判断焦点是在[x]轴上还是在[y]轴上,所以必须分类讨论.
当焦点在[x]轴上时,
[a2=k+8,b2=9],由[k-1k+8=12?k=4],
当焦点在[y]轴上时,
[a2=9,b2=k+8]由[1-k9=12?k=-54],
即[k=4]或[-54].
点拨 对于椭圆C:[x2m2+y2n2=1(m>0,n>0,m≠n)],当[m>n]时,焦点在[x]轴上,当[m [处理与椭圆相关的最值问题时,忽视对变量范围的讨论]
例3 已知椭圆C:[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]的离心率为[22],若点[N(0,3)]到椭圆上的点的最远距离为[52],求椭圆[C]的方程.
错解1 由[e=ca=22]知[a2=2b2=2c2],
可设椭圆方程为:[x22b2+y2b2=1],
结合图形观察知:椭圆的下顶点[(0,-b)]到[N(0,3)]的距离最远,
即[b+3=52],
[∴b=52-3],
[∴]椭圆[C]的方程是:
[x2118-602+y259-302=1].
错解2 由[e=ca=22,]知[a2=2b2=2c2],
可设椭圆方程是:[x22b2+y2b2=1].
设[H(x,y)]为椭圆上任意一点,即[x2+2y2=2b2],
[∴HN2=x2+(y-3)2=-(y+3)2+2b2+18],
[∴y=-3]时,
[HNmax=2b2+18]=[52],
[∴b=4],
此时,椭圆方程为:[x232+y216=1].
解析 错解1中,椭圆上到[N(0,3)]的距离最远的点无法通过观察图象断定就是点[(0,-b)],必须通过严格计算得出;错解2中,对[HN2=-(y+3)2+2b2+18]中的变量[y]没有注意有隐含限制条件:[-b≤y≤b],所以必须讨论-3是否在区间[[-b,b]]上,正解如下:
若[b≥3],则[y=-3]时,[HNmax=2b2+18=52],
[∴b=4],椭圆方程是:[x232+y216=1],
若[0 [HNmax=b+3=52],
[∴b=52-3>3],矛盾,舍去.
综上:椭圆C的方程是:[x232+y216=1].
点拨 处理与椭圆有关的最值问题时,不能结合图形想当然地得出结论,必须通过定量计算得出正确答案,在计算中还要特别注意变量隐含的限制条件,注意分类讨论.
[分析椭圆与二次曲线的交点问题时,忽视变量范围的限制]
例4 已知椭圆:[3x2+2y2=3]与圆:(x+1)2+y2=k(k>0)恒有交点,求实数[k]的取值范围.
错解 由[3x2+2y2=3,(x+1)2+y2=k]消去[y]得:x2-4x+2k-8=0
[∴k>0,Δ=16-4(2k-8)≥0?0 即[k]的取值范围是[(0,6]].
解析 [Δ≥0]只能保证方程x2-4x+2k-8=0有解,而不能保证原方程组有解,因为原方程组中,椭圆方程隐含条件-1≤x≤1,而x2-4x+2k-8=0中看不到这个限制条件,消去[y]后,应等价于“方程x2-4x+2k-8=0在[x∈[-1,1]]有解”,可设[f(x)=x2-4x+2k-8,]所以[f(x)]的对称轴为[x=2],要使方程[x2-4x+2k-8=0]在[x∈[-1,1]]有解,结合图形只需:[f(-1)≥0,f(1)≤0?k≥32,k≤112?32≤k≤112],
[∴]实数[k]的取值范围是[[32,112]]. 点拨 椭圆[x2m2]+[y2n2]=1(m>0,n>0,m≠n)中有:-m≤x≤m,
-n≤y≤n,要特别注意椭圆方程中隐含的变量的限制范围,消元后的方程要与原方程组等价.
[在讨论直线与椭圆的位置关系中,忽视对判别式的讨论]
例5 已知椭圆C:[x24+y23=1],经过点[P(2,2)]能否作直线[m],使得[m]与所给椭圆交于两个不同的点[Q1]和[Q2],且[P]为[Q1Q2]的中点?这样的直线[m]如果存在,求出它的方程;如果不存在,说明理由.
错解1 假设直线[m]存在,则由题意知[m]不垂直[x]轴,可设[m]的方程为:[y-2=k(x-2)],
设[Q1],[Q2]的坐标分别为[(x1,y1),(x2,y2)].
由[y-2=k(x-2)x24+y23=1]
消去[y]得:
[(4k2+3)x2+16k(1-k)x+16k2-32k+4=0].
由韦达定理知:[x1+x2=16k(k-1)4k2+3],
又[Q1Q2]的中点[P]为[(2,2)],可得
[x1+x22=8k(k-1)4k2+3=2],
解得[k=-34],
[∴y-2=-34(x-2)],即[3x+4y-14=0].
错解2 假设直线[m]存在,则由题意知[m]不垂直[x]轴,可设[m]的方程为[y-2=k(x-2)],
设[Q1],[Q2]的坐标分别为[(x1,y1),(x2,y2)].
则[x214+y213=1,x224+y223=1],
两式相减得:[3(x1+x2)?(x1-x2)+4(y1+y2)?(y1-y2)=0].
[∵][Q1Q2]的中点为[P][(2,2)],
[∴x1+x2=y1+y2=4],
[∴y1-y2x1-x2=-34],即[k=-34],
[∴]直线方程为:[y-2=-34(x-2)],
即[3x+4y-14=0].
解析 画出椭圆图形,可知P在椭圆外,显然满足条件的直线[m]不存在. 从数的角度看:
[3x+4y-14=0,x24+y23=1,]
消去[y]得:[21x2-84x+148=0],
[∵Δ=-5376<0],
即直线[m]与椭圆没有交点,所以不存在满足条件的直线[m].
点拨 当题目中出现“直线与椭圆交于不同的两点”这一条件时,不管是用“韦达定理”,还是用“代入相减法”解题,都不要忘了检验“[Δ>0]”.
[对椭圆的第二定义理解不深刻,照搬公式出错]
例6 动点M与定点F(3,0)的距离和它到定直线[l][∶][x=9]的距离的比为1[∶]2,求点M的轨迹方程,并说明轨迹是什么图形.
错解 由椭圆的第二定义知,F(3,0)为椭圆的一个焦点,[x=8]为对应的准线,
[∴c=3,a2c=9,?a2=27,b2=18.]
[∴]点M的轨迹方程是:[x227+y218=1],轨迹是椭圆.
解析 由椭圆的第二定义知F与[l]是椭圆的焦点和对应的准线,但是题中的椭圆的中心不一定在原点,所以[c=3]且[a2c=9]是错误的,正解如下:
[a2c-c=9-3=6,ca=12,?c=2,a=4.]
[∴]结合图形可知椭圆的中心为(1.0).
[∴]点M的轨迹方程是[(x-1)216+y212=1],轨迹是椭圆.
点拨 在椭圆的中心位置无法确定时,不能直接套用焦点坐标和准线公式.
[忽视椭圆定义的几何性质及平面几何知识在解题中的应用,陷入繁杂的代数计算中]
例7 已知定点[A(4,0)],点[B(2,2)]是椭圆[x225+y29=1]内部的一点,M是椭圆上一动点,求[MA+MB]的取值范围.
错解 欲使[MA+MB]最大或最小,考虑到动点M在椭圆上,[A(4,0)]为椭圆的右焦点,结合图形,当M是左顶点时,[MA]最大,[MA+MB]的最大值是[9+53;]当M是右顶点时,[MA]最小,[MA+MB]的最小值是[1+13].
解析 当M为左顶点时,[MA]最大,[MA+MB]不一定最大;当N为右顶点时,[MA]最小,[MA+MB]不一定最小.
正解应设左焦点为F1,
由[a2=25]知[MF1+MF2=10],
因此[MA+MB]=[10+MB-MF1],问题转化为求椭圆上一点到B,F1两点距离之差的最大值与最小值,连B,F1并延长交椭圆于两点,其一使[MB-MF1]最大,另一个使[MB-MF1]最小,则[MA+MB]的最大值为[10+210],最小值为[10-210].
同学们在解椭圆相关试题时,一定要注意定义、变量范围、判别式及焦点位置等条件限制,从而有效规避错误解答.
对椭圆的第一定义理解不深,忽视定义中的限制条件
例1 若平面内动点P到两定点[F1(-3,0)、F2(3,0)]的距离之和为6,则动点P的轨迹为( )
A. 椭圆 B. 圆
C. 一条线段 D. 以上答案都不对
错解 根据椭圆的定义可以判断出动点P的轨迹为椭圆,选A.
解析 错解中忽视了椭圆第一定义中的限制条件:点P到两定点[F1(-3,0),F2(3,0)]的距离之和[2a>F1F2],因为题中[PF1+PF2=6=F1F2],所以点P的轨迹是线段[F1F2],选C.
点拨 若[PF1+PF2=2a],[F1F2=2c],当[2a>2c]时,P点的轨迹是椭圆,当[2a=2c]时,P点的轨迹是线段[F1F2],当[2a<2c]时,P点的轨迹不存在.
[对椭圆的两种标准方程混淆不清,忽视焦点位置的讨论]
例2 若椭圆C:[x2k+8+y29=1]的离心率[e=12],求实数[k]的值.
错解 由题意得[a2=k+8,b2=9,]
[∴c2=a2-b2=k-1],
由[e=12]得[k-1k+8=12],
即[k=4.]
解析 从题目中的标准方程无法判断焦点是在[x]轴上还是在[y]轴上,所以必须分类讨论.
当焦点在[x]轴上时,
[a2=k+8,b2=9],由[k-1k+8=12?k=4],
当焦点在[y]轴上时,
[a2=9,b2=k+8]由[1-k9=12?k=-54],
即[k=4]或[-54].
点拨 对于椭圆C:[x2m2+y2n2=1(m>0,n>0,m≠n)],当[m>n]时,焦点在[x]轴上,当[m
例3 已知椭圆C:[x2a2+y2b2=1(a>b>0)]的离心率为[22],若点[N(0,3)]到椭圆上的点的最远距离为[52],求椭圆[C]的方程.
错解1 由[e=ca=22]知[a2=2b2=2c2],
可设椭圆方程为:[x22b2+y2b2=1],
结合图形观察知:椭圆的下顶点[(0,-b)]到[N(0,3)]的距离最远,
即[b+3=52],
[∴b=52-3],
[∴]椭圆[C]的方程是:
[x2118-602+y259-302=1].
错解2 由[e=ca=22,]知[a2=2b2=2c2],
可设椭圆方程是:[x22b2+y2b2=1].
设[H(x,y)]为椭圆上任意一点,即[x2+2y2=2b2],
[∴HN2=x2+(y-3)2=-(y+3)2+2b2+18],
[∴y=-3]时,
[HNmax=2b2+18]=[52],
[∴b=4],
此时,椭圆方程为:[x232+y216=1].
解析 错解1中,椭圆上到[N(0,3)]的距离最远的点无法通过观察图象断定就是点[(0,-b)],必须通过严格计算得出;错解2中,对[HN2=-(y+3)2+2b2+18]中的变量[y]没有注意有隐含限制条件:[-b≤y≤b],所以必须讨论-3是否在区间[[-b,b]]上,正解如下:
若[b≥3],则[y=-3]时,[HNmax=2b2+18=52],
[∴b=4],椭圆方程是:[x232+y216=1],
若[0 [HNmax=b+3=52],
[∴b=52-3>3],矛盾,舍去.
综上:椭圆C的方程是:[x232+y216=1].
点拨 处理与椭圆有关的最值问题时,不能结合图形想当然地得出结论,必须通过定量计算得出正确答案,在计算中还要特别注意变量隐含的限制条件,注意分类讨论.
[分析椭圆与二次曲线的交点问题时,忽视变量范围的限制]
例4 已知椭圆:[3x2+2y2=3]与圆:(x+1)2+y2=k(k>0)恒有交点,求实数[k]的取值范围.
错解 由[3x2+2y2=3,(x+1)2+y2=k]消去[y]得:x2-4x+2k-8=0
[∴k>0,Δ=16-4(2k-8)≥0?0
解析 [Δ≥0]只能保证方程x2-4x+2k-8=0有解,而不能保证原方程组有解,因为原方程组中,椭圆方程隐含条件-1≤x≤1,而x2-4x+2k-8=0中看不到这个限制条件,消去[y]后,应等价于“方程x2-4x+2k-8=0在[x∈[-1,1]]有解”,可设[f(x)=x2-4x+2k-8,]所以[f(x)]的对称轴为[x=2],要使方程[x2-4x+2k-8=0]在[x∈[-1,1]]有解,结合图形只需:[f(-1)≥0,f(1)≤0?k≥32,k≤112?32≤k≤112],
[∴]实数[k]的取值范围是[[32,112]]. 点拨 椭圆[x2m2]+[y2n2]=1(m>0,n>0,m≠n)中有:-m≤x≤m,
-n≤y≤n,要特别注意椭圆方程中隐含的变量的限制范围,消元后的方程要与原方程组等价.
[在讨论直线与椭圆的位置关系中,忽视对判别式的讨论]
例5 已知椭圆C:[x24+y23=1],经过点[P(2,2)]能否作直线[m],使得[m]与所给椭圆交于两个不同的点[Q1]和[Q2],且[P]为[Q1Q2]的中点?这样的直线[m]如果存在,求出它的方程;如果不存在,说明理由.
错解1 假设直线[m]存在,则由题意知[m]不垂直[x]轴,可设[m]的方程为:[y-2=k(x-2)],
设[Q1],[Q2]的坐标分别为[(x1,y1),(x2,y2)].
由[y-2=k(x-2)x24+y23=1]
消去[y]得:
[(4k2+3)x2+16k(1-k)x+16k2-32k+4=0].
由韦达定理知:[x1+x2=16k(k-1)4k2+3],
又[Q1Q2]的中点[P]为[(2,2)],可得
[x1+x22=8k(k-1)4k2+3=2],
解得[k=-34],
[∴y-2=-34(x-2)],即[3x+4y-14=0].
错解2 假设直线[m]存在,则由题意知[m]不垂直[x]轴,可设[m]的方程为[y-2=k(x-2)],
设[Q1],[Q2]的坐标分别为[(x1,y1),(x2,y2)].
则[x214+y213=1,x224+y223=1],
两式相减得:[3(x1+x2)?(x1-x2)+4(y1+y2)?(y1-y2)=0].
[∵][Q1Q2]的中点为[P][(2,2)],
[∴x1+x2=y1+y2=4],
[∴y1-y2x1-x2=-34],即[k=-34],
[∴]直线方程为:[y-2=-34(x-2)],
即[3x+4y-14=0].
解析 画出椭圆图形,可知P在椭圆外,显然满足条件的直线[m]不存在. 从数的角度看:
[3x+4y-14=0,x24+y23=1,]
消去[y]得:[21x2-84x+148=0],
[∵Δ=-5376<0],
即直线[m]与椭圆没有交点,所以不存在满足条件的直线[m].
点拨 当题目中出现“直线与椭圆交于不同的两点”这一条件时,不管是用“韦达定理”,还是用“代入相减法”解题,都不要忘了检验“[Δ>0]”.
[对椭圆的第二定义理解不深刻,照搬公式出错]
例6 动点M与定点F(3,0)的距离和它到定直线[l][∶][x=9]的距离的比为1[∶]2,求点M的轨迹方程,并说明轨迹是什么图形.
错解 由椭圆的第二定义知,F(3,0)为椭圆的一个焦点,[x=8]为对应的准线,
[∴c=3,a2c=9,?a2=27,b2=18.]
[∴]点M的轨迹方程是:[x227+y218=1],轨迹是椭圆.
解析 由椭圆的第二定义知F与[l]是椭圆的焦点和对应的准线,但是题中的椭圆的中心不一定在原点,所以[c=3]且[a2c=9]是错误的,正解如下:
[a2c-c=9-3=6,ca=12,?c=2,a=4.]
[∴]结合图形可知椭圆的中心为(1.0).
[∴]点M的轨迹方程是[(x-1)216+y212=1],轨迹是椭圆.
点拨 在椭圆的中心位置无法确定时,不能直接套用焦点坐标和准线公式.
[忽视椭圆定义的几何性质及平面几何知识在解题中的应用,陷入繁杂的代数计算中]
例7 已知定点[A(4,0)],点[B(2,2)]是椭圆[x225+y29=1]内部的一点,M是椭圆上一动点,求[MA+MB]的取值范围.
错解 欲使[MA+MB]最大或最小,考虑到动点M在椭圆上,[A(4,0)]为椭圆的右焦点,结合图形,当M是左顶点时,[MA]最大,[MA+MB]的最大值是[9+53;]当M是右顶点时,[MA]最小,[MA+MB]的最小值是[1+13].
解析 当M为左顶点时,[MA]最大,[MA+MB]不一定最大;当N为右顶点时,[MA]最小,[MA+MB]不一定最小.
正解应设左焦点为F1,
由[a2=25]知[MF1+MF2=10],
因此[MA+MB]=[10+MB-MF1],问题转化为求椭圆上一点到B,F1两点距离之差的最大值与最小值,连B,F1并延长交椭圆于两点,其一使[MB-MF1]最大,另一个使[MB-MF1]最小,则[MA+MB]的最大值为[10+210],最小值为[10-210].
同学们在解椭圆相关试题时,一定要注意定义、变量范围、判别式及焦点位置等条件限制,从而有效规避错误解答.