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4.1 焦半径公式

双曲线的定义、标准方程与几何性质 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 椭圆上任意一点到焦点的距离,用该点横坐标及离心率表示的代数式。

从哪来 基于 1.3 第二定义(离心率定义) 和 3.4 准线 推导得出,同时依赖 2.1 焦点在x轴上 的标准方程形式。

为什么 根据第二定义,椭圆上点 $P$ 到焦点 $F$ 的距离 $|PF|$ 等于它到对应准线 $l$ 的距离 $d$ 乘以离心率 $e$,即 $|PF| = e \cdot d$。 若焦点在 $x$ 轴,右焦点 $F_2(c,0)$ 对应右准线 $x = \frac{a^2}{c}$。 点 $P(x,y)$ 到右准线的距离 $d = \frac{a^2}{c} - x$(因 $x < a < \frac{a^2}{c}$)。 代入得 $|PF_2| = e(\frac{a^2}{c} - x) = \frac{c}{a}(\frac{a^2}{c} - x) = a - ex$。 同理,左焦点 $F_1$ 对应左准线,距离为 $x - (-\frac{a^2}{c})$,故 $|PF_1| = a + ex$。 本质是将几何距离转化为代数坐标运算,利用 $e=c/a$ 消去参数。

讲法
适合:逻辑推理型、喜欢从定义出发的学生 讲法:定义推导法 1. 复习第二定义:$|PF| = e \cdot d$。 2. 画出椭圆,标出右焦点 $F_2$ 和右准线 $l_2$。 3. 设点 $P(x,y)$,写出 $P$ 到 $l_2$ 的距离 $d = x_{l2} - x_P = \frac{a^2}{c} - x$。 4. 代入公式:$|PF_2| = e(\frac{a^2}{c} - x)$。 5. 利用 $e = \frac{c}{a}$ 化简:$\frac{c}{a} \cdot \frac{a^2}{c} - \frac{c}{a}x = a - ex$。 6. 强调:这是“焦半径”与“横坐标”的线性关系。
讲法
适合:记忆型、喜欢口诀和快速解题的学生 讲法:口诀记忆法 1. 给出结论: - 左焦半径:$r_1 = a + ex$ - 右焦半径:$r_2 = a - ex$ 2. 口诀:“左加右减,同号为正”(注:此处“同号”指焦点与准线在坐标轴同侧,通常默认焦点在x轴)。 - 更通俗口诀:“谁近谁减,谁远谁加”。 - 点 $P$ 靠近右焦点,用右焦半径公式 $a-ex$(减); - 点 $P$ 远离右焦点(即靠近左焦点),用左焦半径公式 $a+ex$(加)。 3. 验证:当 $P$ 为右顶点 $(a,0)$ 时,$r_2 = a - e(a) = a - c$,正确;$r_1 = a + ea = a + c$,正确。
讲法
适合:空间想象弱、需要直观验证的学生 讲法:特值验证法 1. 不直接推导,先给结论 $r = a \pm ex$。 2. 选取三个特殊点验证: - 右顶点 $(a,0)$:到右焦点距离应为 $a-c$。公式 $a - e(a) = a - \frac{c}{a}a = a-c$。✓ - 左顶点 $(-a,0)$:到右焦点距离应为 $a+c$。公式 $a - e(-a) = a + c$。✓ - 上顶点 $(0,b)$:到右焦点距离应为 $a$(由勾股定理 $\sqrt{b^2+c^2}=a$)。公式 $a - e(0) = a$。✓ 3. 结论:公式在关键点成立,且是一次函数,故对所有点成立。
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练一道
基础题
已知椭圆 $\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{16} = 1$,点 $P$ 在椭圆上,且 $P$ 的横坐标为 $3$,求 $P$ 到右焦点的距离。
变式
椭圆 $\frac{x^2}{4} + \frac{y^2}{3} = 1$ 的左焦点为 $F_1$,点 $P$ 在椭圆上,且 $|PF_1| = 3$,求点 $P$ 的横坐标。
试试手自己判
检测题
椭圆 $\frac{x^2}{10} + \frac{y^2}{6} = 1$ 上一点 $P$ 到左焦点的距离为 $4$,求点 $P$ 到右焦点的距离。
看答案和判分标准
答案:$2\sqrt{10} - 4$
判对标准:
1. 正确求出 $a=\sqrt{10}, c=2, e=\frac{2}{\sqrt{10}}$(或 $e=\frac{\sqrt{10}}{5}$)。
2. 利用椭圆第一定义:$|PF_1| + |PF_2| = 2a$。
3. 代入 $|PF_1|=4$,得 $|PF_2| = 2\sqrt{10} - 4$。
(注:此题也可用焦半径公式反求 $x$,再求另一侧,但第一定义更简便。若学生用焦半径公式:$a+ex=4 \Rightarrow \sqrt{10} + \frac{2}{\sqrt{10}}x = 4 \Rightarrow \frac{2}{\sqrt{10}}x = 4-\sqrt{10} \Rightarrow x = \frac{\sqrt{10}}{2}(4-\sqrt{10}) = 2\sqrt{10}-5$。然后求右焦半径 $a-ex = \sqrt{10} - \frac{2}{\sqrt{10}}(2\sqrt{10}-5) = \sqrt{10} - (4-\sqrt{10}) = 2\sqrt{10}-4$。两种方法结果一致。)
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