引入
把一根绳子两端固定在两点,用笔绷紧绕一圈,画出来的是什么曲线?
为什么行星轨道是椭圆,而不是正圆?“离心率”描述的到底是什么?
椭圆的标准方程里,为什么 ,而双曲线是 ?
椭圆是圆锥曲线的第一种。它与圆的区别只在于”到两点的距离之和”代替了”到一点的距离”,但这一个改动带来了焦点、离心率、准线等一整套结构。
正文
定义
平面内到两个定点 、 的距离之和等于常数(大于 )的点的轨迹称为椭圆。两个定点称为焦点,两焦点间的距离称为焦距。
标准方程
焦点在 轴上:
焦点在 轴上:
| 量 | 关系 | 说明 |
|---|---|---|
| 长半轴 | 恒有 | |
| 短半轴 | ||
| 半焦距 | ||
| 焦点 | 或 | 在长轴上 |
| 顶点 | 、 |
的几何来源:椭圆上到短轴端点的距离等于 (因为到两焦点距离之和为 ,由对称性各为 ),而该点到中心的距离为 、到焦点的距离为 ,构成直角三角形。
为什么椭圆的定义要求常数大于焦距
| 常数与 的关系 | 轨迹 | | --- | --- | | 大于 | 椭圆 | | 等于 | 线段 | | 小于 | 不存在 |
这是定义中最容易被忽略的限制条件。题目给出”到两定点距离之和为 “,必须先确认 。
离心率
定义
椭圆的离心率 ,范围是 。
| 离心率 | 形状 |
|---|---|
| 接近圆 | |
| 非常扁 |
离心率刻画的是”扁的程度”: 越大, 越接近 , 越小,椭圆越扁。
为什么用 而不是 ? 因为 直接反映焦点偏离中心的相对距离,且与圆锥曲线的统一定义(到焦点与到准线距离之比)一致。这个统一定义在双曲线、抛物线中都适用。
几何性质
| 性质 | 内容 |
|---|---|
| 范围 | , |
| 对称性 | 关于 轴、 轴、原点对称 |
| 顶点 | 四个 |
| 长轴长 | |
| 短轴长 | |
| 焦距 |
焦点三角形
设 为椭圆上一点,,则
这个结论在求面积类问题中非常实用,因为 是常数,只需知道顶角。
推导利用余弦定理与 :
代入 、,解出 ,再代入面积公式 即得。
与直线的位置关系
联立椭圆方程与直线方程,消元得一元二次方程,用 判断:
| 关系 | |
|---|---|
| 相交于两点 | |
| 相切 | |
| 相离 |
弦长仍用 ,与圆的公式同形——因为弦长公式只依赖直线的斜率和交点的横坐标差,与曲线类型无关。
常见误区
| 错误说法 | 问题 |
|---|---|
| ” 一定是长半轴” | 需看焦点在哪个轴,标准方程中 对应焦点所在轴 |
| "" | 那是双曲线,椭圆是 |
| “离心率越大越接近圆” | 越大越扁 |
| ”定义中的常数可以是任意正数” | 必须大于焦距 |
| ”焦点在 轴上就看 的系数大小” | 看分母大小,分母大的对应焦点所在轴 |
引出
为什么焦点在哪个轴,由分母较大的那一项决定?
把”距离之和”改成”距离之差”,会得到什么曲线?
圆锥曲线的统一定义(到焦点与准线距离之比)如何统一三种曲线?