椭圆的方程怎么求

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我随风动159

2020-11-11 · TA获得超过2万个赞
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我们知道,椭圆的定义是:平面上,到两定点的距离之和为定值(大于两定点距离)的动点轨迹叫做椭圆。其中,两个定点为焦点。用集合表示为:M={P|PF1+PF2=2a,2a

F1F2},集合M的轨迹叫做椭圆。

怎么利用已有知识,推导出椭圆的标准方程?下面介绍六种方法,它们体现了方程思想、化归思想、数形结合思想、整体思想、配方法、待定系数法、参数法。

代数法

若用代数的方法来研究椭圆,要在平面直角坐标系xOy中,研究椭圆的方程。我们知道坐标系不同,曲线的方程是不同的,那么如何建立直角坐标系呢?

以线段F1F2的中点O为坐标原点,所在直线为x轴,线段F1F2的中垂线为y 轴,建立直角坐标系xOy(图1)。

在直角坐标系xOy中,如何求椭圆的方程呢?

设F1F2的长为2c,得到椭圆的两焦点坐标为F1(-c,0),F2(c,0),在椭圆上任取一点P(x,y),用距离公式将集合M改写为(x+c)2+y2姨 +(x-c)2+y2姨 =2a,这就是椭圆的方程。

化简法

下面说说如何化为最简形式。等式两边平方后,得 x2+y2+c2+[(x+c)2+y2][(x-c)2+y2]姨 =2a2,但左边还是有根式,两边再平方更麻烦。若将x2+y2+c2看做一个整体,然后移项再平方,即[(x+c)2+y2][(x-c)2+y2]姨 =2a2-(x2+y2+c2),两边同时平方,得[(x2+y2+c2)+2cx][(x2+y2+c2)-2cx]=[2a2-(x2+y2+c2)]2,即(x2+y2+c2)2-4c2x2=4a4-4a2(x2+y2+c2)+(x2+y2+c2)2,化简整理,得a2x2+a2y2-c2x2=a4-a2c2,也就是(a2-c2)x2+a2y2=a2(a2-c2),所以有x2a2+ y2a2-c2=1(*)。

还有另一种方法更简单,就是先移项再平方,然后再移项再平方。移 项,得(x+c)2+y2姨 =2a-(x-c)2+y2姨 ,两边同时平方并化简整理,得 cx=a2-a (x-c)2+y2姨 , 即 a(x-c)2+y2姨 =a2-cx,两边再平方,得a2x2+a2y2+a2c2=a4+c2x2。

配方法

(x+c)2+y2姨 +(x-c)2+y2姨 =2a,两 边 同 时 乘 以(x+c)2+y2姨 -(x-c)2+y2姨 , 可 得(x+c)2+y2姨 -(x-c)2+y2姨 =2cxa 。由、联立,可得(x+c)2+y2姨 =a+cxa,(x-c)2+y2姨 =a-cx a。对其中一个等式两边平方,得a2x2+a2y2+a2c2=a4+c2x2。

待定系数法

先判断分析,再利用待定系数法求出其方程。首先对等式进行分析,平方后一定是关于x,y的二次方程式。又发现将y-y,方程式不变,这说明椭圆关于x轴对称,即化简后不含y的一次项;将x-x,方程式不变,这说明椭圆关于y轴对称,即化简后不含x的一次项,当然不含x与y的乘积项,于是就可以设椭圆的方程为Ax2+By2=F 。又因为椭圆不过原点,所以有F0。

根据椭圆的定义和演示过程可知,当点P运动到y轴时,PF1=PF2=a,而OF1=OF2=c,所以OP= a2-c2姨 ,即椭圆与y轴的交点坐标为(0, a2-c2姨 ),(0,- a2-c2姨 )。

当P点运动到x轴上时,在左端有PF1=a-c,在右端有PF2=a-c,而OF1=OF2=c,所以OP=a,即椭圆与x轴的交点坐标为(-a,0),(a,0)。

将点(0, a2-c2姨 ),(a,0)的坐标代入方程,可解得FA=a2,FB=a2-c2,方程化简即得(*)。

构造法

可以把椭圆看成是圆经过压缩变换而得到的,利用构造法求椭圆的方程。

以原点O为圆心,分别以a, a2-c2姨为半径作两个同心圆,过圆心O作射线交大圆于点M,交小圆于点N,再过点M 作x轴的垂线,垂足为Q,过N作NPMQ于P,点P的轨迹方程就是我们所要求的椭圆方程(图2)。

设点P(x,y),M(x0,y0),由平行线截线段成比例知,ONOM=QPQM,即 a2-c2姨a

y y0,因此x0=x y0= aya2-c2姨 。 又因为大圆的方程为x2+y2=a2,而点M在大圆上,所以x02+y02=a2,代入得x2+( aya2-c2姨 )2=a2,故得(*)。

参数法

参数法就是引进第三个变量,而点P的坐标(x,y)用表示,再用同角三角函数关系将消去即可得出点P的轨迹方程。

在刚才构造法的基础上,设MOX=(0

小 结

上述各种解法推导出的方程中都有a2-c2,为了简洁起见,设b2=a2-c2(b0),于是上述各椭圆方程都可以化为x2a2+y2b2=1(ab

0)(**),这就是椭圆的标准方程。

如果焦点为F1(-c,0),F2(c,0)的椭圆的标准方程是y2a2+x2b2=1(ab

0)。

如何判断椭圆的焦点在哪个轴上?比较x2,y2的分母,哪个大,焦点就在哪个轴
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