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[课 题]§14.11 椭圆的生成及主要参数 [预备知识]
轨迹的概念
[重 点]
圆锥曲线的生成及定义 [难 点]
双曲线和抛物线定义的思想方法 焦点、离心率及渐近线的概念 [教学目标]
了解圆锥曲线的生成方法 掌握圆锥曲线的几何定义 了解圆锥曲线的各主要参数的含义
掌握圆锥曲线参数之间的换算关系,并能由参数判断圆锥曲线的形状 [教学过程]
自然天体和人造空间运动器在太空中运行的路径是一条曲线;抛 掷一个物体,物体在空中运动的路径也是一条曲线;桥梁、洞涵等建 筑物的剖面图是一条可见的曲线……这些曲线中有部分是圆,也有很 多是一种特殊类型的曲线――圆锥曲线.
圆锥曲线分为三大类――椭圆、双曲线和抛物线.我们在这一节 将学习它们的生成方法、主要参数以及大致形状. ⒈ 椭圆的生成及主要参数 (1)椭圆的生成
我们知道,到定点的距离是一个常数的动点的轨迹是一个圆,通过如图14-1(1)那样的实验,任何人都可以轻而易举地作出一个圆.现在假想在F处是两个重合的点F1,F2,连接动点和定点的线FP是一根双股线,它们的一端固定在动点P、另一端分别固定在F1,F2(如图14-1⑵).现在把原来与F2重合的点F1向右拉开一些,拉紧PF1、PF2并移动点P,那么得到的是到两个定点距离之和为常数的动点的轨迹.这时的轨迹是一个“扁”的圆(如图14-2),我们把它叫做椭圆,即椭圆是平面上到两个定点的距离之和为常数的动点的轨迹.
F
P
F2
F1
P
F2
O F1
B b F2
O F1 a B1 2c 图14-3
P A
P
(2)椭圆的主要参数
为了具体描述椭圆的形状,分别标记图14-2上最右、最高、最左、
图14-1(1) 图14-2 图14-1(2)
最低点为A、B、A1、B1,标记F1,F2的中点为O (如图14-3),记 A1
OA=a, OB=b, OF2=c.
依次把 A、B、A1、B1叫做顶点,AA1长2a叫做长轴、BB1长2b叫做短轴、F1F2(长2c)叫做焦距;把a叫做长半轴长,b叫做短半轴长,c叫做半焦距.把定点F1,F2叫做焦点,O叫做椭圆的中心.从生成方法可知,任何椭圆的焦距必定小于长轴,即a>c.
椭圆是有界曲线――被围在过顶点、边平行于顶点连线的定界矩形内,以AA1、BB1所在直线为对称轴,有一个对称中心.
据椭圆生成法则,有 BF1+BF2=AF1+AF2,
因为BF1=BF2,AF2=F2O+ OF1+F1A=2OF1+F1A,所以 2BF1=2(OF1+AF1)=2a,BF1=a,
OF1=
BF1OB
2
2
,即c=a2b2. (14-1-1)
由此可见,动点到两个定点的距离之和等于椭圆的长轴;而F1、F2的距离2c确定了椭圆的焦距,从而也确定了椭圆“扁”的程度.事实上你可以继续做实验:把两点F1、F2并拢一些(c减小),画出来的椭圆越接近圆;反之,若F1、F2分开一些(c增大),则椭圆会更“扁”.因此人们用比值 e=
ca
=
1(
ba
)
2
,(0<e<1), (14-1-2)
来更准确地反映椭圆“扁”的程度,把e直观地叫做离心率(原来重合的两个定点被拉开的距离与动点到两个定点距离之和的比).当e越接近1(两点分得越开),椭圆越“扁”;e越接近0(两点并得越拢),椭圆越“圆”.特别地,当e=0,即c=0(a=b)时,两点并成一点了,椭圆回复成为圆.可见,圆可以作为椭圆的特例.
课内练习1
1. 求下列椭圆的离心率 e, 焦距2c,并说明哪个椭圆比较“扁”一些.
(1)到相距为6的两个定点的距离和为8的点的轨迹; (2)到相距为6的两个定点的距离和为10的点的轨迹. 2. 已知椭圆的离心率e=
13
,长轴长=6,求短半轴的长.
3. 已知椭圆的长轴是10,短轴是8,求椭圆的焦距和离心率.
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