摘 要: 橢圓的定義為:橢圓上任一點P到兩焦點的距離和為定值2a,即:|PF|+|PF|=2a,這個定義在求解一些與橢圓上點有關(guān)的命題時作用顯著.作者結(jié)合這一特點,著重討論與張角∠FPF有關(guān)的一些問題,展現(xiàn)了余弦定理與橢圓的定義的綜合應(yīng)用.
關(guān)鍵詞: 橢圓 定義 張角 焦點 余弦定理
高中橢圓教學(xué)中,我們常會討論與橢圓上點有關(guān)的問題,這時常會想到橢圓的定義.橢圓也是圖形,有時通過圖形的幾何性質(zhì)我們能很快地將問題求解,橢圓的定義應(yīng)用很多,本文著重討論某類張角的有關(guān)問題,并以其為基礎(chǔ)進行題型的設(shè)置.
問題一:已知F、F是橢圓C:+=1(a>b>0)的兩個焦點,P為橢圓C上的一點,且PF⊥PF.若△PFF的面積為9,則b= .
解析:設(shè)|PF|=m,|PF|=n,則由橢圓定義及勾股定理得:m+n=2am+n=4c
∴2mn=(m+n)-(m+n)=4a-4c=4b(其中b=a-c)
∴S=mn=b=9
∴b=3
本題巧用橢圓定義及直角三角形的勾股定理得到m,n的關(guān)系式,然后通過配方恰好發(fā)現(xiàn)三角形△PFF的面積可用b表示,從而達到求b的目的.
?。ㄗ兪?)上題中若把條件“PF⊥PF”更改為“∠FPF=”又作何解?
解析:設(shè)|PF|=m,|PF|=n,則由橢圓定義得:m+n=2a,
又在△FPF中,由余弦定理得4c=m+n-2mncos=(m+n)-3mn=4a-3mn.
∴3mn=4a-4c=4b
∴S=mnsin=mn=b
∵S=9
∴b=3
細想一下,其實勾股定理只是余弦定理的特殊情況而已,利用上述方法即可設(shè)計一些與之有關(guān)的題型,如:
1.點P在橢圓C:+=1上,F(xiàn),F(xiàn)是橢圓C的兩個焦點,若∠FPF=,(1)求S;(2)求點P的坐標(biāo).
2.已知橢圓C:+=1,F(xiàn),F(xiàn)分別是橢圓C的左,右焦點,過橢圓右焦點F作x軸的垂線與橢圓交于兩點A,B,若△FAB為等邊三角形,求橢圓C的方程.
問題二:已知橢圓+=1(a>b>0),設(shè)Q是橢圓上任意一點,F(xiàn),F(xiàn)分別是左、右焦點,求點P在何處時,∠FQF最大.
解析:設(shè)|FQ|=r,|FQ|=r,∠FQF=θ
∴r+r=2a,又∵|FF|=2c
∴cosθ===-1≥-1=-1
當(dāng)且僅當(dāng)r=r時,cosθ取最小值-1.∴點P在橢圓的短軸端點時,∠FQF最大.
此外,當(dāng)點P在長軸端點時,∠FQF=0,則當(dāng)點P從短軸端點沿著橢圓向長軸端點處移動時,∠FQF的變化情況又如何?
由上解得:∵r=2a-r,∴cosθ=-1=-1=-1,(a-c≤r≤a+c)
由復(fù)合函數(shù)性質(zhì)可得:
r∈(a-c,a)時,θ隨r的增大而增大;
r∈(a,a+c)時,θ隨r的增大而減小.
r=a時,P在短軸端點處,此時θ最大;
r=a±c時,P在長軸端點處,此時θ最小為0.
故產(chǎn)生如下結(jié)論:當(dāng)點P從短軸端點沿著橢圓向長軸端點處移動時∠FQF越來越小.
P在短軸端點處,此時θ最大;P在長軸端點處,此時θ最小.
下面根據(jù)上述結(jié)論即可設(shè)計如下一些題型.(以下例題中的F,F(xiàn)分別為對應(yīng)橢圓的左右焦點;a>b>0)
1.若橢圓C的方程是+=1,點M在C上,求∠FMF的最大值.
解:由上述結(jié)論可得,當(dāng)點M在短軸端點處時,∠FMF最大.
此時cos∠OMF==
∴∠FMF=2∠OMF=60°(O為坐標(biāo)原點)
2.已知橢圓C的方程+=1,若存在曲線C上一點P使得∠FPF=,求橢圓離心率e的范圍.
解析:此題可從最大角入手,P在短軸端點處∠FPF最大,此時sin∠OPF=≥sin=.
3.橢圓C中以線段FF為直徑作圓O,若圓O與橢圓C有交點,求橢圓C的離心率e的取值范圍.
解析:本題中看似和橢圓上一點與兩焦點形成的張角無關(guān),可仔細思量后卻是柳暗花明又一村.可先設(shè)圓與橢圓交點為P,從條件中分析出點P不僅在圓O上,而且在橢圓上.由點P在圓上得∠FPF=,故本題可轉(zhuǎn)化為橢圓C上存在一點使∠FPF=,以下即≤e<1.