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胡云端——圆锥曲线求离心率的常见题型与解法

胡云端 邹生书数学 2022-08-05

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邹生书,男,1962年12月出生,本科学历,理学士学位,中学数学高级教师,黄石市高中数学骨干教师。主要从事高中数学教学、高中数学解题研究和探究性学习等。从2007年8月到2018年8月,在《数学通讯》《数学通报》《数学教学》《中学数学》《中学数学教学》等,二十多种学术期刊上发表解题和探究性学习文章300余篇。


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圆锥曲线求离心率的常见题型与解法

湖北省安陆市涢东学校  胡云端

 

离心率是圆锥曲线的一个重要几何性质,它的变化直接导致曲线类型和形状的变化,同时它又是圆锥曲线统一定义中的重要要素。纵观近年的高考,离心率也是圆锥曲线客观题的考查重点,通常有求椭圆和双曲线的离心率和离心率取值范围两种题型,属于中档题型。试题既不需要深奥的知识,也没有高难的技巧,许多题目源于将课本中若干基础知识串并联、类比、改造而成。本文通过实例归纳了求椭圆、双曲线的离心率和离心率的取值范围两种题型的常用方法。

题型一:求离心率e

方法1:直接求出a,c,再求解离心率e

当圆锥曲线的标准方程已知或者易求a,c时,可直接利用率心率公式e=c/a来解决。


方法2:采用圆锥曲线的统一定义求解

从“焦点-准线”的观点来看,到定点的距离与到定直线的距离的比是常数e的点的轨迹是圆锥曲线(不包括一些退化情形)。定义中提到的定点,称为圆锥曲线的焦点;定直线称为圆锥曲线的准线;固定的常数(即圆锥曲线上一点到焦点与准线的距离比)称为圆锥曲线的离心率。根据的取值范围不同,曲线也各不相同:当时,轨迹为圆;当0<e<1时,轨迹为椭圆;当e=1时,轨迹为抛物线;当e>1时,轨迹为双曲线。

方法3构造a,c的齐次方程,解出e

根据题设条件建立a,c之间的等量关系,再借助椭圆或双曲线中a,b,c间的关系消去b,从而构造a,c的齐次方程,进而根据离心率的定义两边同时除以a的齐次得到关于e的方程,便可解方程得到离心率e。

题型二:求解离心率e的取值范围

方法1运用函数思想求解离心率的范围

通过已知条件分析,利用圆锥曲线的性质建立离心率的函数关系,转换为求函数值域的问题。


方法2:构建关于e的不等式,求e的取值范围

根据已知和潜在条件构建一个关于基本量a,b,c的齐次不等式(通常要借助一些不等式性质、平面解析几何知识,函数性质与数形结合思想等来探求),再化简为e的形式,便可求得离心率范围。




三、综合题

四、总结:

(1)圆锥曲线离心率的问题,通常有两类:一是求椭圆和双曲线的离心率;二是求椭圆和双曲线离心率的取值范围。

 

(2)一般来说,求椭圆(或双曲线)的离心率,只需要由条件得到一个关于基本量a,b,c,e的一个方程,就可以从中求出离心率e=c/a。

(3)一般来说,求椭圆(或双曲线)的离心率的取值范围,通常可以从三个方面来研究:一是考虑几何的大小,例如线段的长度、角的大小等;二是通过设椭圆(或双曲线)点的坐标,利用椭圆(或双曲线)本身的范围。

 

(4)离心率是描述圆锥曲线性质的一个关键量,它是一个比值,它与圆锥曲线的大小无关,只与其形状有关。在椭圆中,离心率越大,椭圆越扁平,离心率越小,椭圆越圆,椭圆离心率的取值范围e∈(0,1);在双曲线中,离心率越大,双曲线的形状从扁狭逐渐变得开阔,即双曲线的“张口”逐渐增大,双曲线离心率的取值范围e∈(1,+∝);在抛物线中,离心率e=1。

 

作者简介:胡云端,男,理学学士,高中数学奥赛二级教练员。先后任教于湖北省某县一中、广东省重点高中、市直学校。

 


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