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    3.1.2 第2课时 直线与椭圆的位置关系及其应用(学案) (人教A版2019选择性必修第一册)
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    高中数学3.1 椭圆优秀第2课时学案设计

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    这是一份高中数学3.1 椭圆优秀第2课时学案设计,共13页。学案主要包含了学习目标,自主学习,小试牛刀,经典例题,跟踪训练,当堂达标,课堂小结,参考答案等内容,欢迎下载使用。

    3.1.2 第2课时 直线与椭圆的位置关系及其应用
    【学习目标】
    课程标准
    学科素养
    1.进一步掌握椭圆的方程及其性质的应用,会判断直线与椭圆的位置关系.
    2.能运用直线与椭圆的位置关系解决相关的弦长、中点弦问题.
    1、直观想象
    2、数学运算
    3、逻辑推理
    【自主学习】
    一.点与椭圆的位置关系
    点P(x0,y0)与椭圆+=1(a>b>0)的位置关系:
    点P在椭圆上⇔ ;点P在椭圆内部⇔ ;点P在椭圆外部⇔
    二.直线与椭圆的位置关系
    直线y=kx+m与椭圆+=1(a>b>0)的位置关系:
    联立消去y得一个关于x的一元二次方程.
    位置关系
    解的个数
    Δ的取值
    相交


    相切


    相离


    【小试牛刀】
    1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
    (1)点P(2,1)在椭圆+=1的内部. (  )
    (2)过椭圆外一点一定能作两条直线与已知椭圆相切. (  )
    (3)过点A(0,1)的直线一定与椭圆x2+=1相交. (  )
    (4)长轴是椭圆中最长的弦. (  )
    (5)直线y=k(x-a)与椭圆+=1的位置关系是相交. (   )
    2.点P(2,1)与椭圆+=1的位置关系是________.
    【经典例题】
    题型一 点与椭圆位置关系的判断
    例1  已知点P(k,1),椭圆+=1,点P在椭圆外,则实数k的取值范围为____________.
    【跟踪训练】1 若点A(a,1)在椭圆+=1的内部,则a的取值范围是________.
    题型二 直线与椭圆的位置关系
    点拨:代数法判断直线与椭圆的位置关系
    判断直线与椭圆的位置关系,通过解直线方程与椭圆方程组成的方程组,消去方程组中的一个变量,得到关于另一个变量的一元二次方程,则Δ>0⇔直线与椭圆相交;Δ=0⇔直线与椭圆相切;Δ<0⇔直线与椭圆相离.
    例2 已知直线l:y=2x+m,椭圆C:+=1.试问当m取何值时,直线l与椭圆C:
    (1)有两个公共点; (2)有且只有一个公共点; (3)没有公共点.






    【跟踪训练】2 在平面直角坐标系xOy中,经过点(0,)且斜率为k的直线l与椭圆+y2=1有两个不同的交点P和Q,求k的取值范围.








    题型三 弦长和中点弦问题
    1.解决椭圆中点弦问题的两种方法
    (1)根与系数的关系法:联立直线方程和椭圆方程构成方程组,消去一个未知数,利用一元二次方程根与系数的关系以及中点坐标公式解决.
    (2)点差法:利用交点在曲线上,坐标满足方程,将交点坐标分别代入椭圆方程,然后作差,构造出中点坐标和斜率的关系,具体如下:已知A(x1,y1),B(x2,y2)是椭圆+=1(a>b>0)上的两个不同的点,M(x0,y0)是线段AB的中点,则
    由①-②,得(x-x)+(y-y)=0,变形得=-·=-·,即kAB=-.
    2.求弦长的两种方法
    设直线方程为y=kx+m(k≠0),椭圆方程为+=1(a>b>0)或+=1(a>b>0),直线与椭圆的两个交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
    (1)求出直线与椭圆的两交点坐标,用两点间距离公式|AB|=求弦长.
    (2)联立直线与椭圆的方程,消元得到关于一个未知数的一元二次方程,利用弦长公式:|AB|=·=·.
    例3 P(1,1)为椭圆+=1内一定点,经过P引一弦,使此弦在P点被平分,求此弦所在的直线方程.




    【跟踪训练】3 已知斜率为1的直线l过椭圆+y2=1的右焦点F,交椭圆于A,B两点,求弦AB的长.





    题型四 与椭圆有关的综合问题
    例4 椭圆E:+=1(a>b>0)经过点A(-2,0),且离心率为.
    (1)求椭圆E的方程;
    (2)过点P(4,0)任作一条直线l与椭圆C交于不同的两点M,N.在x轴上是否存在点Q,使得∠PQM+∠PQN=180°?若存在,求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.





    【跟踪训练】4 椭圆的两个焦点坐标分别为F1(-,0)和F2(,0),且椭圆过点.
    (1)求椭圆方程;
    (2)过点作不与y轴垂直的直线l交该椭圆于M,N两点,A为椭圆的左顶点,试判断∠MAN的大小是否为定值,并说明理由.






    【当堂达标】
    1.已知直线l:x+y-3=0,椭圆+y2=1,则直线与椭圆的位置关系是(  )
    A.相离 B.相切 C.相交 D.相交或相切
    2.直线y=x+1被椭圆+=1所截得的弦的中点坐标是(  )
    A. B. C. D.
    3.已知椭圆的方程是x2+2y2-4=0,则以M(1,1)为中点的弦所在直线的方程是(  )
    A.x+2y-3=0 B.2x+y-3=0 C.x-2y+3=0 D.2x-y+3=0
    4.(多选)若直线与椭圆相切,则斜率的值是( )
    A. B. C. D.
    5.椭圆x2+4y2=16被直线y=x+1截得的弦长为________。
    6.已知点P(4,2)是直线l被椭圆+=1所截得的线段的中点,
    (1)求直线l的方程;
    (2) 求直线l被椭圆截得的弦长.







    【课堂小结】
    1.直线和椭圆有三种位置关系:相交、相切、相离.
    解直线方程与椭圆方程组成的方程组,通过解的个数判断位置关系,当方程组有两个解(Δ>0)时,直线与椭圆相交,当方程组有一个解(Δ=0)时,直线与椭圆相切,当方程组无解(Δ<0)时,直线与椭圆相离.
    2.当直线与椭圆相交时,弦长|AB|=·=·.
    3.处理椭圆的中点弦问题两个方法:
    ①根与系数的关系法:联立直线方程与椭圆方程构成方程组,消掉其中的一个未知数,得到一个一元二次方程,利用一元二次方程根与系数的关系结合中点坐标公式求解.
    ②点差法:设出弦的两个端点坐标,代入椭圆方程,两式相减即得弦的中点与斜率的关系.即“设而不求”思想,这也是此类问题最常用的方法.



    【参考答案】
    【自主学习】
    +=1 +<1 +>
    两 Δ>0 一 Δ=0 无 Δ<0
    【小试牛刀】
    1.(1)×  (2)√  (3)√  (4)√ (5)√
    2.点P在椭圆外部 解析:由+>1知,点P(2,1)在椭圆的外部.
    【经典例题】
    例1 ∪ 解析:依题意得,+>1,解得k<-或k>.
    【跟踪训练】1 -<a< 解析:∵点A在椭圆内部,∴+<1,∴a2<2,
    ∴-<a<.
    例2 解:直线l的方程与椭圆C的方程联立,得方程组消去y,得9x2+8mx+2m2-4=0 ①.
    方程①的判别式Δ=(8m)2-4×9×(2m2-4)=-8m2+144.
    (1)当Δ>0,即-3<m<3时,方程①有两个不同的实数根,可知原方程组有两组不同的实数解.这时直线l与椭圆C有两个公共点.
    (2)当Δ=0,即m=±3时,方程①有两个相同的实数解,可知原方程组有两组相同的实数解.这时直线l与椭圆C有且只有一个公共点.
    (3)当Δ<0,即m<-3或m>3时,方程①没有实数解,可知原方程组没有实数解.这时直线l与椭圆C没有公共点.
    【跟踪训练】2 解:由已知条件知直线l的方程为y=kx+,代入椭圆方程得+(kx+)2=1,整理得x2+2kx+1=0,
    直线l与椭圆有两个不同的交点P和Q等价于Δ=8k2-4=4k2-2>0,解得k<-或k>,所以k的取值范围为∪.
    例3 方法一:易知此弦所在直线的斜率存在,所以设其方程为y-1=k(x-1),弦的两端点为A(x1,y1)、B(x2,y2),
    由消去y得,(2k2+1)x2-4k(k-1)x+2(k2-2k-1)=0,
    ∴x1+x2=,
    又∵x1+x2=2,∴=2,得k=-.故弦所在直线方程为y-1=-(x-1),即x+2y-3=0.
    方法二:由于此弦所在直线的斜率存在,所以设斜率为k,且设弦的两端点坐标为(x1,y1)、(x2,y2),
    则+=1,+=1,两式相减得+=0,
    ∵x1+x2=2,y1+y2=2,
    ∴+(y1-y2)=0,∴k==-.
    ∴此弦所在直线方程为y-1=-(x-1),即x+2y-3=0.
    【跟踪训练】3 解:设A,B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),
    由椭圆方程知a2=4,b2=1,∴c==,
    ∴F(,0),∴直线l的方程为y=x-,
    将其代入椭圆方程,并化简、整理得5x2-8x+8=0,∴x1+x2=,x1x2=,
    ∴|AB|=|x1-x2|=·=·=.
    例4 解:(1)由条件可知,椭圆的焦点在x轴上,且a=2,又e==,得c=.
    由a2-b2=c2得b2=a2-c2=2.∴所求椭圆的方程为+=1.
    (2)若存在点Q(m,0),使得∠PQM+∠PQN=180°,
    则直线QM和QN的斜率存在,分别设为k1,k2.等价于k1+k2=0.
    依题意,直线l的斜率存在,故设直线l的方程为y=k(x-4).
    由,得(2k2+1)x2-16k2x+32k2-4=0.
    因为直线l与椭圆C有两个交点,所以Δ>0.
    即(16k2)2-4(2k2+1)(32k2-4)>0,解得k2<.
    设M(x1,y1),N(x2,y2),则x1+x2=,x1x2=,y1=k(x1-4),y2=k(x2-4),
    令k1+k2=+=0,(x1-m)y2+(x2-m)y1=0,
    当k≠0时,2x1x2-(m+4)(x1+x2)+8m=0,化简得,=0,所以m=1.
    当k=0时,也成立.
    所以存在点Q(1,0),使得∠PQM+∠PQN=180°.
    【跟踪训练】4 解: (1)由题意设椭圆方程为+=1(a>b>0),
    将c=,a2=b2+c2,代入椭圆方程得+=1,
    又因为椭圆过点,得+=1,
    解得b2=1,所以a2=4.所以椭圆的方程为+y2=1.
    (2)设直线MN的方程为x=ky-,联立直线MN和椭圆的方程
    得(k2+4)y2-ky-=0,
    设M(x1,y1),N(x2,y2),A(-2,0),y1y2=-,y1+y2=,
    则·=(x1+2,y1)·(x2+2,y2)=(k2+1)y1y2+k(y1+y2)+=0,所以∠MAN=.
    【当堂达标】
    1.A 解析:把x+y-3=0代入+y2=1,得+(3-x)2=1,即5x2-24x+32=0.
    ∵Δ=(-24)2-4×5×32=-64<0,∴直线与椭圆相离.
    2.C解析:联立消去y,得3x2+4x-2=0,设直线与椭圆交于点A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=-,故AB的中点横坐标x0==-.纵坐标y0=x0+1=-+1=.
    3.A 解析:由题意易知所求直线的斜率存在,设过点M(1,1)的直线方程为y=k(x-1)+1,即y=kx+1-k.由消去y,得(1+2k2)x2+(4k-4k2)x+2k2-4k-2=0,
    所以=×=1,解得k=-,所以所求直线方程为y=-x+,即x+2y-3=0.
    4.AB 解析:已知直线与椭圆有且只有一个交点,由消去并整理,得,由题意知,,解得:.故选:A B.
    5. 解析: 由消去y并化简得x2+2x-6=0.
    设直线与椭圆的交点为M(x1,y1),N(x2,y2),则x1+x2=-2,x1x2=-6.
    ∴弦长|MN|=|x1-x2|==.
    6.解:(1)设直线l与椭圆的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
    所以两式相减,有(x1+x2)(x1-x2)+4(y1+y2)·(y1-y2)=0.
    又x1+x2=8,y1+y2=4,所以=-,
    即k=-.所以直线l的方程为x+2y-8=0.
    (2)由题意可知直线l的方程为x+2y-8=0,与椭圆方程联立得x2-8x+14=0.
    因为x1+x2=8,x1x2=14.
    所以直线l被椭圆截得的弦长为=.

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