例谈椭圆双曲线离心率取值范围的求法

思维之锥

例谈椭圆双曲线离心率取值范围的求法

435200

湖北省阳新县高级中学邹生书

求离心率取值范围问题有两种题型,即显示约束条件和隐藏约束条件两种题型.两种解题方向,即以“形”为主的解题的方向和以“数”为主的解题方向.两种求取值范围的方法,即解不等式法和函数值域法.下面举例说明.

.‘.P≥譬,又P<1,...譬≤e<1,应选D

')

点评:以“形”为解题方向,从线段人手,用

垂线段最短列不等式.

例1:(07,湖南)设Fl、F2分别是椭圆≮+

a。

..2

一2

例2:双曲线与一等一1的右焦点作渐近线

“’

【,Z

一2

..2

y一旦z的垂线与双曲线左、右两支都相交,则

y--,,一l(n>b>O)左右焦点,若在其右准线上D。

存在点P,使线段PFl的中垂线过Fz,则椭圆的

离心率的取值范围是(

双曲线的离心率e的取值范围是(

A.1<e<2C.e>√2解:如图,。.’直线z与双曲线左右两支相交

.。.a>p,又p>

90。,口、口∈(90。,180。)

.。.tana>tariff,

B.1<e<√2D.P>2

EE

A(o,等)&(o,譬)c.[譬,1)DI[掣,1)

解:‘.‘点F2在线段PFl的中垂线上

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一2

≥RH.。.F1R≥F2H

‘’硬

≮”乡¥

}寸x

即2f≥竺二一f...3f2≥

即一导>一旦,...a2

<62,即n2<f2一口2,

口2.・.矿=芸≥i1

.・.c2>2a2,...P2一乓>2

以。

中学生比拟的,但是,从题设上可以看出美国的数学教育还是非常重视逻辑运算的,重视反证的使用,他们的许多数学选择题都注重通过举反例来判断结果.我们中国的中学几何教学重视对学生逻辑推理能力的培养,重视几何问题中作图、证明、计算的训练,我们中学阶段就进行了完善的立体几何的教学,大部分学生在中

学阶段就形成了较强的空问图形感知能力以及

低的教学要求.他们热衷于解决实际问题、有趣问题,满足于探究特殊事例,所获知识不系统、不一般.过于讲究实用而轻视理论的探讨,使学

生在经历一定的发展之后很难跃入新的水平.

由于文化背景的影响,中国数学教育较多系统化、机械化,这里的机械指大量重复练习,学生的理论知识、解决问题能力的基本功非常强,但缺乏情境化、活动化,这里的活动指学生个体的思维活动,缺乏疑问精神、创造精神的教育,不利于学生在后续的个人发展中提高解决实际问题的能力.因此,我想我们数学教育工作者应从这些GRE试题中得到启示,借鉴美国数学教育中提倡学生疑问、辩论、反驳、自信的精神以及

注重学生个体的思维发展,使我们的学生不仅

证明计算的能力,只是我们的学生举例、反证能力不强,缺乏疑问精神,思维不够发散,在这一点卜,我想我们可以借鉴美国数学教育中提倡

学生疑问、辩论、反驳、自信的精神.

受篇幅限制,我不能对GRE中所有的数学

试题一一举例,只能挑选这几个比较有特色的问题以供大家来参考.综上所述,与中国学生面对较高的学习要求相反,荚国学生面对的是过

具备扎实的理论基本功,也具备学以致用的实

际应用能力.

万方数据 

32匍两

上海中学数学・2008年第2期

...e>√2故应选C.

点评:以“形”为解题方向.从角人手,用正切函数的单调性列不等式.

例3:椭圆与+百y-=l的左、右焦点分别为

F。、Fz,P为椭圆上的任意一点,向量两才、两专

的数量积的最大值的取值范围是[c2,3c2],则离心率的取值范围是()

A.[÷,÷]

B.[÷,譬]

C.[等,1]D.[÷,1]

解:设P(z,y),‘.’点P在椭圆上,

...等+苦=1,...y2—62一笔z2

两.两:帘.蔚一(卅叫).

(z—fI,y)=工2+yZ—f2=≯十62一百0-≯一C2=与z2+护一f”.。0≤z2≤口2...当z2=日2

时两・砑专最大值为bz,依题意,C2≤62≤3c2

即f2≤口2一c2≤3c2,...2cz≤a2≤4c2,

.・.百1≤爰≤÷即丢ez≤虿1.・.÷≤e≤譬,

故应选B

点评:此题属显示约束条件题型,以“数”为解题方向,从向量数量积的坐标运算入手,用曲线上点的坐标的范围求数量积的最大值,再根据最大值的范围列不等式.

例4:椭圆与+万y-=l(口>b>o)上一点

P,使么OPA=90。,O为坐标原点,A为右顶点,则椭圆的离心率的取值范围是()

A(譬,,虿/g)B(譬,1)c(扣D.(。'1)解:设P(x,力,

。..么CPA=90。.。.点P在以(M为直径的圆上,其方程

/一为:b一号)z+62=手,即

撼~

\~’选夕8’

≯+,一a.Tc=0①,又点

P在椭圆上,每+-5=1②

由①、②消去y,得c2一一日3z+n2b2—0

此方程有两个根,它们分别是圆与椭圆交点A、P的横坐标XA、zP

・.。张一口,由根与系数关系得,XAXP一华,

...

‘’

3■r,..zp2丁义

<n,≮n,

万 

方数据...铲>舻,...孑一乓>{'..圮>霉,又P<1,

霉2式,得l口+改+z≯£二卜—0乓—Lo;

PF誊z篱,由焦半径公

。I

r2

一竺-一

12

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/l

...以+甜+z尘一

2(er—n).・.3口一竺:ex一;

\∥7\

(e一1)x又e>l,z≥a

.’.3n旦≥(e—1)n,两边都除以a,

得3一二≥e~l,.’.e2—4e+1≤0

又e>1.。.1<e≤2+,/g,故选D.

点评:以“数”为解题方向,从焦半径公式人手,用曲线上点的坐标范围列不等式.

法2:‘..PFl+d=2PFz,由第二定义,得

霉一∥.d:土PF2

代入上式得,PFl+1--PFz=2PFz

①e

又由第一定义,得PFl一PF2=2a

由①、②消去PFl,得2∞=(P一1)PF2,又PFz≥c一口

...2以≥(e—1)(c—a),两边都除以a,得

2P≥(e一1)2即82—4P+1≤0

.‘.2√3≤e≤2+√3,又e>1,.’.1<e≤

2+厢

点评:以“形”为解题方向,从焦半径人手,根据两种定义,列出关于两条焦半径的方程组,求出焦半径,再用焦半径范围列不等式.

例6:已知椭圆c:与+育y-一1(n>b>o),

a。

o。

长轴两端点为A、B.如果C上存在一点Q,使

思维之锥

《j尹33

么AQB=120。,求椭圆y

离心率e的取值范围.

法1:’.。么艘B≥

么A邓=120。...么APO

钐巅一

≥60。...tan么APO≥

"\i/_一

tan60。,即芋≥怕

...a≥届...口2≥3bz=3(az—C2)...3c2≥2az,

.・e2:了C2≥导,g≥√-46-又P<1

.’.掣≤P<1.

点评:以“形”为解题方向,从角人手,用正切函数单调性列不等式.

法2:设Q(x,y),则与+百y-=1

.。.≯一口2=一鲁3,2由两角差的正切公式,得:

矿—L—jL

:下掣一:粤:一攀:tanl20*:据2南2万蒡2丽。刮3‘

tan,A.五t:28=丛1+ha"ha。‘。z—a

ix-ra.TIx+a

-Ji-a

...2abz=怕f2Y又Y≤b,...2口62≤√3f2b,

.‘.2口6≤√3c2

两边平方,得4a262≤3c4,4a2(口2一f2)≤3c4

.’.3f4+4azC2—4a4≥0

两边都除以口4,得3e4+4ez一4≥0

.’.(P2+2)(3e2—2)≥0,.‘.P2≥-。y,

...P≥霉,又P<1,...霉≤e<1

点评:以“数”为解题方向,从两角差的正切

公式人手,用曲线上的点的坐标范围列下等式.

例7:(2000年,全国,理22)已知梯形

ABCD中,f

AB

f--7--2

CD

f,点E分有向线段

A、B为焦点,当÷≤A≤÷时,求双曲线离心率

e的取值范围.

分析:此题已知it的范围,求率心率e的取值范围,属显示约束条件题型,其解题程序是先根据条件求e与A的等量关系式,然后分离参数,若能求出A一厂(e),则用A的取值范围列不等式求解;若能求出e=厂(A),则求此函数的值

域即可.

法1:以直线AB为z轴,线段AB的垂直平分线为y轴,建立直角坐标系,如图所示:

万 

方数据设A(一f,0),

c(号,^)'E(xo,Yo)

’..麓一A虎,由定

比分点坐标公式,得

动。—T矿2

一f+A・号

瓦而,’3'o

cL^一ZJ

Ah

r丙t

设_j双曲线方程为篆一矿22—1,则离心率e一

詈,。..点c、E在双曲线上

.・._e2一譬一1一百一万一

①u

兰4(尝苦1)z—Fbl・笙b2=1

、A+7

A+

②…

由①得笞=譬+l代入②,整理得了e2(4—

4a)=1+2a’...A=l一≯3砭,・.‘了2e’十二

≤z≤÷,

所以双曲线的离心率的取值范围是E万,厕

...了2≤A一万毛≤百3,解得万≤A≤,/i-d

点评:以“数”为解题方向,从方程入手,求出A=八e),再用A的范围列不等式求e的范围.

法2:]-ffjf去:l,得z。=衾砉吾爸,由焦半径公

式得I

ACf=I

n+exc

I一口+“。=n+等

AE

I=Ia-t-红。l一一a—Fz。=

一口一P.雾导婪又...茗:.=【芘,...1一口一P‘瓦再可义’m2^EL…l

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l:

2南I

两边都除以n得,一1一P2‘赫一

AC

1...一e・黼=南c口+号,

fb(,+专ez,,解得ez一等等一一z+高,又’..号≤A≤丢’...ez一一2+高在A∈

[寺,}]上单调递增・

当A一号时,eZmin一7,当A=T。时,蠡x=

10,...7≤口2≤10...万≤e≤v/而

点评:以“形”为解题方向,从焦半径公式人手,求出92一,(.:I)再求此函数值域就可求出

e的范闱.

赢所成的比为A,双曲线过c、D、E三点,且以

例谈椭圆双曲线离心率取值范围的求法

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

邹生书

湖北省阳新县高级中学,435200上海中学数学

SCHOOL MATHEMATICS IN SHANGHAI2008(2)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_shzxsx200802018.aspx

思维之锥

例谈椭圆双曲线离心率取值范围的求法

435200

湖北省阳新县高级中学邹生书

求离心率取值范围问题有两种题型,即显示约束条件和隐藏约束条件两种题型.两种解题方向,即以“形”为主的解题的方向和以“数”为主的解题方向.两种求取值范围的方法,即解不等式法和函数值域法.下面举例说明.

.‘.P≥譬,又P<1,...譬≤e<1,应选D

')

点评:以“形”为解题方向,从线段人手,用

垂线段最短列不等式.

例1:(07,湖南)设Fl、F2分别是椭圆≮+

a。

..2

一2

例2:双曲线与一等一1的右焦点作渐近线

“’

【,Z

一2

..2

y一旦z的垂线与双曲线左、右两支都相交,则

y--,,一l(n>b>O)左右焦点,若在其右准线上D。

存在点P,使线段PFl的中垂线过Fz,则椭圆的

离心率的取值范围是(

双曲线的离心率e的取值范围是(

A.1<e<2C.e>√2解:如图,。.’直线z与双曲线左右两支相交

.。.a>p,又p>

90。,口、口∈(90。,180。)

.。.tana>tariff,

B.1<e<√2D.P>2

EE

A(o,等)&(o,譬)c.[譬,1)DI[掣,1)

解:‘.‘点F2在线段PFl的中垂线上

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’Y

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一2

≥RH.。.F1R≥F2H

‘’硬

≮”乡¥

}寸x

即2f≥竺二一f...3f2≥

即一导>一旦,...a2

<62,即n2<f2一口2,

口2.・.矿=芸≥i1

.・.c2>2a2,...P2一乓>2

以。

中学生比拟的,但是,从题设上可以看出美国的数学教育还是非常重视逻辑运算的,重视反证的使用,他们的许多数学选择题都注重通过举反例来判断结果.我们中国的中学几何教学重视对学生逻辑推理能力的培养,重视几何问题中作图、证明、计算的训练,我们中学阶段就进行了完善的立体几何的教学,大部分学生在中

学阶段就形成了较强的空问图形感知能力以及

低的教学要求.他们热衷于解决实际问题、有趣问题,满足于探究特殊事例,所获知识不系统、不一般.过于讲究实用而轻视理论的探讨,使学

生在经历一定的发展之后很难跃入新的水平.

由于文化背景的影响,中国数学教育较多系统化、机械化,这里的机械指大量重复练习,学生的理论知识、解决问题能力的基本功非常强,但缺乏情境化、活动化,这里的活动指学生个体的思维活动,缺乏疑问精神、创造精神的教育,不利于学生在后续的个人发展中提高解决实际问题的能力.因此,我想我们数学教育工作者应从这些GRE试题中得到启示,借鉴美国数学教育中提倡学生疑问、辩论、反驳、自信的精神以及

注重学生个体的思维发展,使我们的学生不仅

证明计算的能力,只是我们的学生举例、反证能力不强,缺乏疑问精神,思维不够发散,在这一点卜,我想我们可以借鉴美国数学教育中提倡

学生疑问、辩论、反驳、自信的精神.

受篇幅限制,我不能对GRE中所有的数学

试题一一举例,只能挑选这几个比较有特色的问题以供大家来参考.综上所述,与中国学生面对较高的学习要求相反,荚国学生面对的是过

具备扎实的理论基本功,也具备学以致用的实

际应用能力.

万方数据 

32匍两

上海中学数学・2008年第2期

...e>√2故应选C.

点评:以“形”为解题方向.从角人手,用正切函数的单调性列不等式.

例3:椭圆与+百y-=l的左、右焦点分别为

F。、Fz,P为椭圆上的任意一点,向量两才、两专

的数量积的最大值的取值范围是[c2,3c2],则离心率的取值范围是()

A.[÷,÷]

B.[÷,譬]

C.[等,1]D.[÷,1]

解:设P(z,y),‘.’点P在椭圆上,

...等+苦=1,...y2—62一笔z2

两.两:帘.蔚一(卅叫).

(z—fI,y)=工2+yZ—f2=≯十62一百0-≯一C2=与z2+护一f”.。0≤z2≤口2...当z2=日2

时两・砑专最大值为bz,依题意,C2≤62≤3c2

即f2≤口2一c2≤3c2,...2cz≤a2≤4c2,

.・.百1≤爰≤÷即丢ez≤虿1.・.÷≤e≤譬,

故应选B

点评:此题属显示约束条件题型,以“数”为解题方向,从向量数量积的坐标运算入手,用曲线上点的坐标的范围求数量积的最大值,再根据最大值的范围列不等式.

例4:椭圆与+万y-=l(口>b>o)上一点

P,使么OPA=90。,O为坐标原点,A为右顶点,则椭圆的离心率的取值范围是()

A(譬,,虿/g)B(譬,1)c(扣D.(。'1)解:设P(x,力,

。..么CPA=90。.。.点P在以(M为直径的圆上,其方程

/一为:b一号)z+62=手,即

撼~

\~’选夕8’

≯+,一a.Tc=0①,又点

P在椭圆上,每+-5=1②

由①、②消去y,得c2一一日3z+n2b2—0

此方程有两个根,它们分别是圆与椭圆交点A、P的横坐标XA、zP

・.。张一口,由根与系数关系得,XAXP一华,

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‘’

3■r,..zp2丁义

<n,≮n,

万 

方数据...铲>舻,...孑一乓>{'..圮>霉,又P<1,

霉2式,得l口+改+z≯£二卜—0乓—Lo;

PF誊z篱,由焦半径公

。I

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12

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...以+甜+z尘一

2(er—n).・.3口一竺:ex一;

\∥7\

(e一1)x又e>l,z≥a

.’.3n旦≥(e—1)n,两边都除以a,

得3一二≥e~l,.’.e2—4e+1≤0

又e>1.。.1<e≤2+,/g,故选D.

点评:以“数”为解题方向,从焦半径公式人手,用曲线上点的坐标范围列不等式.

法2:‘..PFl+d=2PFz,由第二定义,得

霉一∥.d:土PF2

代入上式得,PFl+1--PFz=2PFz

①e

又由第一定义,得PFl一PF2=2a

由①、②消去PFl,得2∞=(P一1)PF2,又PFz≥c一口

...2以≥(e—1)(c—a),两边都除以a,得

2P≥(e一1)2即82—4P+1≤0

.‘.2√3≤e≤2+√3,又e>1,.’.1<e≤

2+厢

点评:以“形”为解题方向,从焦半径人手,根据两种定义,列出关于两条焦半径的方程组,求出焦半径,再用焦半径范围列不等式.

例6:已知椭圆c:与+育y-一1(n>b>o),

a。

o。

长轴两端点为A、B.如果C上存在一点Q,使

思维之锥

《j尹33

么AQB=120。,求椭圆y

离心率e的取值范围.

法1:’.。么艘B≥

么A邓=120。...么APO

钐巅一

≥60。...tan么APO≥

"\i/_一

tan60。,即芋≥怕

...a≥届...口2≥3bz=3(az—C2)...3c2≥2az,

.・e2:了C2≥导,g≥√-46-又P<1

.’.掣≤P<1.

点评:以“形”为解题方向,从角人手,用正切函数单调性列不等式.

法2:设Q(x,y),则与+百y-=1

.。.≯一口2=一鲁3,2由两角差的正切公式,得:

矿—L—jL

:下掣一:粤:一攀:tanl20*:据2南2万蒡2丽。刮3‘

tan,A.五t:28=丛1+ha"ha。‘。z—a

ix-ra.TIx+a

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...2abz=怕f2Y又Y≤b,...2口62≤√3f2b,

.‘.2口6≤√3c2

两边平方,得4a262≤3c4,4a2(口2一f2)≤3c4

.’.3f4+4azC2—4a4≥0

两边都除以口4,得3e4+4ez一4≥0

.’.(P2+2)(3e2—2)≥0,.‘.P2≥-。y,

...P≥霉,又P<1,...霉≤e<1

点评:以“数”为解题方向,从两角差的正切

公式人手,用曲线上的点的坐标范围列下等式.

例7:(2000年,全国,理22)已知梯形

ABCD中,f

AB

f--7--2

CD

f,点E分有向线段

A、B为焦点,当÷≤A≤÷时,求双曲线离心率

e的取值范围.

分析:此题已知it的范围,求率心率e的取值范围,属显示约束条件题型,其解题程序是先根据条件求e与A的等量关系式,然后分离参数,若能求出A一厂(e),则用A的取值范围列不等式求解;若能求出e=厂(A),则求此函数的值

域即可.

法1:以直线AB为z轴,线段AB的垂直平分线为y轴,建立直角坐标系,如图所示:

万 

方数据设A(一f,0),

c(号,^)'E(xo,Yo)

’..麓一A虎,由定

比分点坐标公式,得

动。—T矿2

一f+A・号

瓦而,’3'o

cL^一ZJ

Ah

r丙t

设_j双曲线方程为篆一矿22—1,则离心率e一

詈,。..点c、E在双曲线上

.・._e2一譬一1一百一万一

①u

兰4(尝苦1)z—Fbl・笙b2=1

、A+7

A+

②…

由①得笞=譬+l代入②,整理得了e2(4—

4a)=1+2a’...A=l一≯3砭,・.‘了2e’十二

≤z≤÷,

所以双曲线的离心率的取值范围是E万,厕

...了2≤A一万毛≤百3,解得万≤A≤,/i-d

点评:以“数”为解题方向,从方程入手,求出A=八e),再用A的范围列不等式求e的范围.

法2:]-ffjf去:l,得z。=衾砉吾爸,由焦半径公

式得I

ACf=I

n+exc

I一口+“。=n+等

AE

I=Ia-t-红。l一一a—Fz。=

一口一P.雾导婪又...茗:.=【芘,...1一口一P‘瓦再可义’m2^EL…l

AEAE

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两边都除以n得,一1一P2‘赫一

AC

1...一e・黼=南c口+号,

fb(,+专ez,,解得ez一等等一一z+高,又’..号≤A≤丢’...ez一一2+高在A∈

[寺,}]上单调递增・

当A一号时,eZmin一7,当A=T。时,蠡x=

10,...7≤口2≤10...万≤e≤v/而

点评:以“形”为解题方向,从焦半径公式人手,求出92一,(.:I)再求此函数值域就可求出

e的范闱.

赢所成的比为A,双曲线过c、D、E三点,且以

例谈椭圆双曲线离心率取值范围的求法

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

邹生书

湖北省阳新县高级中学,435200上海中学数学

SCHOOL MATHEMATICS IN SHANGHAI2008(2)

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