椭圆的性质
一.椭圆的定义:
1.在平面内,到两个定点F1、F2的距离的和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做椭圆。这两个定点叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做焦距。
2.椭圆的标准方程:
设M(x, y)是椭圆是上任意一点,椭圆的焦距为2c (c>0),则如图建立直角坐标系,又F1、F2
的坐标分别是F1(-c, 0), F2(c, 0),若M点与F1、F2两点的距离的和等于2a (a>c>0),则 |MF1|+|MF2|=2a,
∴
xa
22
(xc)y
22
22
2
(xc)y
2
2
22
2a, 图9-1
整理化简,并且设b=a-c得椭圆的标准方程
yb
1.
3.椭圆的第二定义:
设动点M(x, y)与定点F(c, 0)的距离和它到定直线l: x=
a
2
c
的距离的比是常数
ca
(a>c>0),则点M的
轨迹是椭圆。点F是椭圆的一个焦点,直线l是椭圆中对应于焦点F的准线。常数e=
ca
(0
的离心率。 图9-2 4.椭圆的参数方程:
以原点为圆心,分别以a、b (a>b>0)为半径作两个圆,点A是大圆上的一个点,点B是OA与小圆的交点,过点A作AN⊥Ox,垂足为N,过点B作BM⊥AN,垂足为M,当点A在大圆上运动时,M点的轨迹是椭圆。
设点M的坐标是(x, y),φ是以Ox为始边,OA为终边的正角,取φ为参数,那么
x=|ON|=|OA|cosφ=acosφ,
y=|NM|=|OB|sinφ=bsinφ, ∴ 椭圆的参数方程是
xacosybsin
(φ是参数).
43
第九章 椭圆的画法和性质
二.椭圆的画法:
画法1:
图9-4
1.在x轴上取两点F1、F2,使|OF1|=|OF2|,用它们作为两个焦点;
2.在图形外作一条线段CD,使|CD|=2a,(|CD|>|F1F2|); 3.以O为中心,在x轴上取两点A1、A2,使|A1A2|=|CD|;
4.在CD上分别取C'、D',使|CC'|=|A1F1|=|DD'|;作线段C'D',并用“作图”菜单中的“对象上的点”功能在C'D'上作点M;
5.分别以F1、F2为圆心,用|CM|、|MD|为半径作圆,两圆相交于P1、P2两点;同样方法分别以F1、F2为圆心,用|DM|、|CD|为半径作圆,两圆相交于P3、P4两点;并将这四个点定义为“追踪点”;
6.依次选中点M、点P1 (或点M、点P2),用“作图”菜单中的“轨迹”功能,作出椭圆。
理论根据:
点P1是两圆的交点,∴ 点P1到F1与F2的距离的和等于两圆的半径和,
即 |PF1|+|PF2|=|CM|+|MD|=|CD|=2a.
说明:
M点不要直接在CD上取,那样画出来的椭圆将在x轴附近断开一段,因为计算机画的曲线实际上是由若干条小线段形成的,这些线段的端点是由符合条件的若干个点中随机选取的,当我们使点M在CD上运动时,一般情况点C '、D'都取不到,于是画出来的图形就不好看了。
图9-5
44
画法2:
1.在x轴上取两点F1、F2,使|OF1|=|OF2|,用它们作为两个焦点; 2.在图形外作一条线段,使它的长度为2a,(2a>|F1F2|); 3.以F1为圆心,2a为半径作圆,在圆上任取一点P;
4.连接PF1、PF2,作PF2的中垂线与PF1交于点M,连接MF2;
5.将点M定义为“追踪点”,分别选中点M、点P,用“作图”菜单中的“轨迹”功能画出椭圆。
理论根据:
点M在PF2的中垂线上,∴ |MP|=|MF2|, ∴ |MF1|+|MF2|=|MF1|+|MP|=|F1P|=2a. 即点M到两个定点F1和F2的距离的和等于定长。点M的轨迹是一个椭圆。
画法3:
图9-6
1.在平面中作两条直线,使直线l为准线,另一条直线AB与直线l垂直;两条直线的交点为C;
2.在图形外取两条线段a和c,使a>c;
3.计算
a
2
c
c,在直线AB上取一点F,使|CF|=
a
2
c
c,点F作为椭圆的焦点;
4.在线段FC上,取点A,使|AF|=a-c, 在CF的延长线上,取点B,使|FB|=a+c,作线段AB,用“作图”菜单中的“对象上的点”功能,取动点P;
5.计算e=
ca
,度量|CP|的长,计算|CP;
a
c
c
6.以点F为圆心,|CP为半径作圆,此圆与过点
a
P且垂直于AB的直线相交于M1,M2两点;
7.分别选中点M1和点P(或点M2和点),用“作图”
菜单中的“轨迹”功能,画出椭圆。
理论根据:
点M1到点F的距离是|CP,点M1到准线l的距
ac
离|M1D|=|CP|,
45
第九章 椭圆的画法和性质
∴
点M1到F的距离点M1到直线l的距离
=
ca
=e. ∴ 点M1在椭圆上。
画法4:
1.以坐标原点O为圆心,分别以a、b(a>b>0)为半径画两个圆; 2.在大圆上取一点A,连接OA与小圆交于点B;
3.过点A作AN垂直于Ox轴,垂足为N;作BM垂直于AN,垂足为M; 4.分别选中点M和点A,用“作图”菜单中的“轨迹”功能,画出椭圆。 理论根据:
|ON|=acosφ, |NM|=bsinφ, 根据椭圆的参数方程知,点M的轨迹是一个椭圆。
画法5: 1.以坐标原点O为圆心,分别以a、b(a>b>0)为半径画两个圆;
2.在大圆上取一点P,过点P作PN⊥Ox轴,垂足为N;
3.计算两圆半径的比k=
ba
,定义
为“标记比”,选中点N,定义为“缩放
中心”;
4.选中点P,用“变换”菜单 图9-8
中的“缩放”功能,将点P用标记比缩放得到点M;
5.分别选中点M和点P,用“作图”菜单中的“轨迹”功能,画出椭圆。 理论根据:
设点M的坐标是(x, y),则点P的横坐标为x,纵坐标y0=∵ 点P在圆x+y=a上,∴ x
2
2
2
2
ayb
22
,
yb
22
ayb
2
22
=a, 整理得
2
xa
1.
结论:
只要动点P在一个圆上运动,那么在一个方向上按一定比例压缩或延长PD,所得到的点M的轨迹都是椭圆。
46
三.椭圆中动弦的画法 (一).椭圆焦点弦的画法:
a=3.116 cm
b=2.592 cm
c=1.729 cm
图9-9
1.用参数方程的画法画出一个椭圆,计算它的a, b, c的值,在长轴上画出两个焦点F1、F2(使|OF1|=c);
2.在大圆上任取一点P,相应作出它在椭圆上的对应点M;
3.连接PF1延长与大圆交于点Q; 4.作出点Q在椭圆上的对应点N;
5.连接MN,则线段MN一定过焦点F1,且点M、N都在椭圆上;
6.保留坐标系、椭圆、焦点和焦点弦MN,隐藏其它的内容,这时选中点M,在椭圆上拖动它,则点N相应在椭圆上移动,且MN始终经过点F1. 理论根据: 椭圆上的点M、N是由大圆上的点P、Q得到的,线段PQ在大圆上经过定点F1,则相应的线段MN在椭圆上也经过定点F1.
(二) 椭圆中过定点M的弦的画法:
1.用参数方程的画法画出一个椭圆,标出定点M;计算两圆半径的比k=定义为“标记比”;
2.作MD⊥Ox轴,垂足是D,以D为缩放中心,把点M用标记比缩放,得到点M';
3.在大圆上取一点P',作出它在椭圆上的相应点P;
4.连接P'M',延长与大圆交于Q',
作出点Q'在椭圆上的对应点Q; 图9-10
5.连接PQ,则PQ始终经过点M,且P、Q都在椭圆上;
47
ab
,
第九章 椭圆的画法和性质
6.保留坐标系、椭圆、定点M和过定点M的弦PQ,隐藏其它的内容,这时选中点P,在椭圆上拖动它,则点Q相应在椭圆上移动,且PQ始终经过点M.
理论根据:
椭圆上的点P、Q是由大圆上的点P'、Q'得到的,线段P'Q'在大圆上经过定点M',则相应的线段PQ在椭圆上也经过定点M.。问题的关键是怎样由点M得到点M',我们看到,只要在纵坐标是以定比
ab
缩放点M,就得到了对应点M'.
(三) 椭圆中平行弦的画法的画法:
图9-11
1.用参数方程的画法画出一个椭圆,计算两圆半径的比k=
ab
,定义为“标记比”;
2.在图形外画一条线段AC,过点A作水平线AD,过C作CD⊥AD;
3.选中点D作为“缩放中心”,再选中点C,用“标记比”缩放,得到点B,连接AB; 4.在大圆上任取一点P',过P'作AB的平行线角大圆于Q';
5.用参数方程的作法,分别作出P'、Q'在椭圆上的对应点P、Q; 6.连接PQ,则PQ就是与AC平行的椭圆中的弦;
7.保留坐标系、椭圆、AC和PQ,隐藏其它的内容;选中点P在椭圆上拖动点P,则弦PQ始终与AC平行,且点P、Q在椭圆上;
8.作PQ的中点,标记为“追踪点”,则点P运动时,可以看到中点的轨迹是一条线段。
理论根据:
在大圆上,P'Q'//AB,这个关系保持不变,相应的点P、Q是点P'、Q'在椭圆上的对应点,∴ 线段PQ的斜率保持不变。那么我们只要找到线段AC与AB的关系就可以了。在这个作法中,改变已知条件AC的倾斜角,那么相应的PQ的斜率也发生同样的变化。
48
四.椭圆切线的画法
(一) 过椭圆上一个定点M的切线: 1.在直角坐标系中画一个椭圆,同时标出它的两个焦点F1、F2;
2.在椭圆上标出定点M;
3.以F1为圆心,椭圆的长轴2a为半径作圆; 4.连接F1M延长交大圆于点N;
5.连接F2N,作F2N的中垂线,这条中垂线过点M,并且是椭圆的切线。
理论根据:
∵ 点M在椭圆上, ∴ |MF1|+|MF2|=2a,
又|F1N|=2a,∴ |MF2|=|MN|,
点M在F2N的中垂线上,直线MD经过点M且与椭圆有且仅有一个交点,所以直线MD是椭圆过点M的切线。 (二) 过椭圆外一点作椭圆的切线:
图9-13
1.在直角坐标系中画一个椭圆,同时标出它的两个焦点F1、F2; 2.在椭圆外标出定点T;
3.以点F1为圆心,椭圆的长轴2a为半径作圆;
4.以点T为圆心,|TF2|为半径作圆,交圆F1于点P、Q;
5.连接PF2,作
PF2的中垂线MT,同样连接QF2,作QF2的中垂线NT; 6.直线MT、NT都是过点T的椭圆的切线。
理论根据:
点P、Q在以点T为圆心,|TF2|为半径作圆上,∴ |TF2|=|TP|=|TQ|,PF2的中垂线一定经过定点T,且中垂线上一定有一点M,满足|MF1|+|MF2|=|MF1|+|MP|=2a, 点M在椭圆上,∴ MT是椭圆的切线且MT经过点T;同理NT也是椭圆的切线且NT经过点T。
49
椭圆的性质
一.椭圆的定义:
1.在平面内,到两个定点F1、F2的距离的和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做椭圆。这两个定点叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做焦距。
2.椭圆的标准方程:
设M(x, y)是椭圆是上任意一点,椭圆的焦距为2c (c>0),则如图建立直角坐标系,又F1、F2
的坐标分别是F1(-c, 0), F2(c, 0),若M点与F1、F2两点的距离的和等于2a (a>c>0),则 |MF1|+|MF2|=2a,
∴
xa
22
(xc)y
22
22
2
(xc)y
2
2
22
2a, 图9-1
整理化简,并且设b=a-c得椭圆的标准方程
yb
1.
3.椭圆的第二定义:
设动点M(x, y)与定点F(c, 0)的距离和它到定直线l: x=
a
2
c
的距离的比是常数
ca
(a>c>0),则点M的
轨迹是椭圆。点F是椭圆的一个焦点,直线l是椭圆中对应于焦点F的准线。常数e=
ca
(0
的离心率。 图9-2 4.椭圆的参数方程:
以原点为圆心,分别以a、b (a>b>0)为半径作两个圆,点A是大圆上的一个点,点B是OA与小圆的交点,过点A作AN⊥Ox,垂足为N,过点B作BM⊥AN,垂足为M,当点A在大圆上运动时,M点的轨迹是椭圆。
设点M的坐标是(x, y),φ是以Ox为始边,OA为终边的正角,取φ为参数,那么
x=|ON|=|OA|cosφ=acosφ,
y=|NM|=|OB|sinφ=bsinφ, ∴ 椭圆的参数方程是
xacosybsin
(φ是参数).
43
第九章 椭圆的画法和性质
二.椭圆的画法:
画法1:
图9-4
1.在x轴上取两点F1、F2,使|OF1|=|OF2|,用它们作为两个焦点;
2.在图形外作一条线段CD,使|CD|=2a,(|CD|>|F1F2|); 3.以O为中心,在x轴上取两点A1、A2,使|A1A2|=|CD|;
4.在CD上分别取C'、D',使|CC'|=|A1F1|=|DD'|;作线段C'D',并用“作图”菜单中的“对象上的点”功能在C'D'上作点M;
5.分别以F1、F2为圆心,用|CM|、|MD|为半径作圆,两圆相交于P1、P2两点;同样方法分别以F1、F2为圆心,用|DM|、|CD|为半径作圆,两圆相交于P3、P4两点;并将这四个点定义为“追踪点”;
6.依次选中点M、点P1 (或点M、点P2),用“作图”菜单中的“轨迹”功能,作出椭圆。
理论根据:
点P1是两圆的交点,∴ 点P1到F1与F2的距离的和等于两圆的半径和,
即 |PF1|+|PF2|=|CM|+|MD|=|CD|=2a.
说明:
M点不要直接在CD上取,那样画出来的椭圆将在x轴附近断开一段,因为计算机画的曲线实际上是由若干条小线段形成的,这些线段的端点是由符合条件的若干个点中随机选取的,当我们使点M在CD上运动时,一般情况点C '、D'都取不到,于是画出来的图形就不好看了。
图9-5
44
画法2:
1.在x轴上取两点F1、F2,使|OF1|=|OF2|,用它们作为两个焦点; 2.在图形外作一条线段,使它的长度为2a,(2a>|F1F2|); 3.以F1为圆心,2a为半径作圆,在圆上任取一点P;
4.连接PF1、PF2,作PF2的中垂线与PF1交于点M,连接MF2;
5.将点M定义为“追踪点”,分别选中点M、点P,用“作图”菜单中的“轨迹”功能画出椭圆。
理论根据:
点M在PF2的中垂线上,∴ |MP|=|MF2|, ∴ |MF1|+|MF2|=|MF1|+|MP|=|F1P|=2a. 即点M到两个定点F1和F2的距离的和等于定长。点M的轨迹是一个椭圆。
画法3:
图9-6
1.在平面中作两条直线,使直线l为准线,另一条直线AB与直线l垂直;两条直线的交点为C;
2.在图形外取两条线段a和c,使a>c;
3.计算
a
2
c
c,在直线AB上取一点F,使|CF|=
a
2
c
c,点F作为椭圆的焦点;
4.在线段FC上,取点A,使|AF|=a-c, 在CF的延长线上,取点B,使|FB|=a+c,作线段AB,用“作图”菜单中的“对象上的点”功能,取动点P;
5.计算e=
ca
,度量|CP|的长,计算|CP;
a
c
c
6.以点F为圆心,|CP为半径作圆,此圆与过点
a
P且垂直于AB的直线相交于M1,M2两点;
7.分别选中点M1和点P(或点M2和点),用“作图”
菜单中的“轨迹”功能,画出椭圆。
理论根据:
点M1到点F的距离是|CP,点M1到准线l的距
ac
离|M1D|=|CP|,
45
第九章 椭圆的画法和性质
∴
点M1到F的距离点M1到直线l的距离
=
ca
=e. ∴ 点M1在椭圆上。
画法4:
1.以坐标原点O为圆心,分别以a、b(a>b>0)为半径画两个圆; 2.在大圆上取一点A,连接OA与小圆交于点B;
3.过点A作AN垂直于Ox轴,垂足为N;作BM垂直于AN,垂足为M; 4.分别选中点M和点A,用“作图”菜单中的“轨迹”功能,画出椭圆。 理论根据:
|ON|=acosφ, |NM|=bsinφ, 根据椭圆的参数方程知,点M的轨迹是一个椭圆。
画法5: 1.以坐标原点O为圆心,分别以a、b(a>b>0)为半径画两个圆;
2.在大圆上取一点P,过点P作PN⊥Ox轴,垂足为N;
3.计算两圆半径的比k=
ba
,定义
为“标记比”,选中点N,定义为“缩放
中心”;
4.选中点P,用“变换”菜单 图9-8
中的“缩放”功能,将点P用标记比缩放得到点M;
5.分别选中点M和点P,用“作图”菜单中的“轨迹”功能,画出椭圆。 理论根据:
设点M的坐标是(x, y),则点P的横坐标为x,纵坐标y0=∵ 点P在圆x+y=a上,∴ x
2
2
2
2
ayb
22
,
yb
22
ayb
2
22
=a, 整理得
2
xa
1.
结论:
只要动点P在一个圆上运动,那么在一个方向上按一定比例压缩或延长PD,所得到的点M的轨迹都是椭圆。
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三.椭圆中动弦的画法 (一).椭圆焦点弦的画法:
a=3.116 cm
b=2.592 cm
c=1.729 cm
图9-9
1.用参数方程的画法画出一个椭圆,计算它的a, b, c的值,在长轴上画出两个焦点F1、F2(使|OF1|=c);
2.在大圆上任取一点P,相应作出它在椭圆上的对应点M;
3.连接PF1延长与大圆交于点Q; 4.作出点Q在椭圆上的对应点N;
5.连接MN,则线段MN一定过焦点F1,且点M、N都在椭圆上;
6.保留坐标系、椭圆、焦点和焦点弦MN,隐藏其它的内容,这时选中点M,在椭圆上拖动它,则点N相应在椭圆上移动,且MN始终经过点F1. 理论根据: 椭圆上的点M、N是由大圆上的点P、Q得到的,线段PQ在大圆上经过定点F1,则相应的线段MN在椭圆上也经过定点F1.
(二) 椭圆中过定点M的弦的画法:
1.用参数方程的画法画出一个椭圆,标出定点M;计算两圆半径的比k=定义为“标记比”;
2.作MD⊥Ox轴,垂足是D,以D为缩放中心,把点M用标记比缩放,得到点M';
3.在大圆上取一点P',作出它在椭圆上的相应点P;
4.连接P'M',延长与大圆交于Q',
作出点Q'在椭圆上的对应点Q; 图9-10
5.连接PQ,则PQ始终经过点M,且P、Q都在椭圆上;
47
ab
,
第九章 椭圆的画法和性质
6.保留坐标系、椭圆、定点M和过定点M的弦PQ,隐藏其它的内容,这时选中点P,在椭圆上拖动它,则点Q相应在椭圆上移动,且PQ始终经过点M.
理论根据:
椭圆上的点P、Q是由大圆上的点P'、Q'得到的,线段P'Q'在大圆上经过定点M',则相应的线段PQ在椭圆上也经过定点M.。问题的关键是怎样由点M得到点M',我们看到,只要在纵坐标是以定比
ab
缩放点M,就得到了对应点M'.
(三) 椭圆中平行弦的画法的画法:
图9-11
1.用参数方程的画法画出一个椭圆,计算两圆半径的比k=
ab
,定义为“标记比”;
2.在图形外画一条线段AC,过点A作水平线AD,过C作CD⊥AD;
3.选中点D作为“缩放中心”,再选中点C,用“标记比”缩放,得到点B,连接AB; 4.在大圆上任取一点P',过P'作AB的平行线角大圆于Q';
5.用参数方程的作法,分别作出P'、Q'在椭圆上的对应点P、Q; 6.连接PQ,则PQ就是与AC平行的椭圆中的弦;
7.保留坐标系、椭圆、AC和PQ,隐藏其它的内容;选中点P在椭圆上拖动点P,则弦PQ始终与AC平行,且点P、Q在椭圆上;
8.作PQ的中点,标记为“追踪点”,则点P运动时,可以看到中点的轨迹是一条线段。
理论根据:
在大圆上,P'Q'//AB,这个关系保持不变,相应的点P、Q是点P'、Q'在椭圆上的对应点,∴ 线段PQ的斜率保持不变。那么我们只要找到线段AC与AB的关系就可以了。在这个作法中,改变已知条件AC的倾斜角,那么相应的PQ的斜率也发生同样的变化。
48
四.椭圆切线的画法
(一) 过椭圆上一个定点M的切线: 1.在直角坐标系中画一个椭圆,同时标出它的两个焦点F1、F2;
2.在椭圆上标出定点M;
3.以F1为圆心,椭圆的长轴2a为半径作圆; 4.连接F1M延长交大圆于点N;
5.连接F2N,作F2N的中垂线,这条中垂线过点M,并且是椭圆的切线。
理论根据:
∵ 点M在椭圆上, ∴ |MF1|+|MF2|=2a,
又|F1N|=2a,∴ |MF2|=|MN|,
点M在F2N的中垂线上,直线MD经过点M且与椭圆有且仅有一个交点,所以直线MD是椭圆过点M的切线。 (二) 过椭圆外一点作椭圆的切线:
图9-13
1.在直角坐标系中画一个椭圆,同时标出它的两个焦点F1、F2; 2.在椭圆外标出定点T;
3.以点F1为圆心,椭圆的长轴2a为半径作圆;
4.以点T为圆心,|TF2|为半径作圆,交圆F1于点P、Q;
5.连接PF2,作
PF2的中垂线MT,同样连接QF2,作QF2的中垂线NT; 6.直线MT、NT都是过点T的椭圆的切线。
理论根据:
点P、Q在以点T为圆心,|TF2|为半径作圆上,∴ |TF2|=|TP|=|TQ|,PF2的中垂线一定经过定点T,且中垂线上一定有一点M,满足|MF1|+|MF2|=|MF1|+|MP|=2a, 点M在椭圆上,∴ MT是椭圆的切线且MT经过点T;同理NT也是椭圆的切线且NT经过点T。
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