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2.2 焦点在y轴上

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 平面内到两个定点距离之和为常数(大于两定点间距离)的点的轨迹,且两定点连线在y轴上。

从哪来 建立在 2.1 焦点在x轴上 的推导逻辑之上,结合 1.1 第一定义(统一定义) 进行坐标系的旋转或变量替换。

为什么 椭圆的本质是几何图形,其方程形式取决于焦点所在的坐标轴。 1. 几何不变性:无论焦点在x轴还是y轴,椭圆满足“到两焦点距离之和为 $2a$”这一几何性质不变。 2. 代数对称性:在推导焦点在x轴上的方程 $\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$ ($a>b>0$) 时,核心步骤是消去根号并利用 $c^2 = a^2 - b^2$。当焦点位于y轴时,几何图形相当于将x轴上的椭圆绕原点旋转90度。 3. 变量互换:旋转90度意味着 $x$ 和 $y$ 的角色互换。因此,只需将x轴焦点方程中的 $x$ 换成 $y$,$y$ 换成 $x$,即可得到焦点在y轴上的标准方程 $\frac{y^2}{a^2} + \frac{x^2}{b^2} = 1$ ($a>b>0$)。此时,$a$ 依然对应半长轴(即焦点所在轴的半轴长),$b$ 对应半短轴。

讲法
适合类型:形象思维强、擅长空间想象的学生 讲法:旋转法 1. 先复习焦点在x轴上的椭圆 $\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$,强调 $a$ 是长半轴,$b$ 是短半轴,焦点在长轴上。 2. 拿出一个纸质椭圆模型(或画在透明纸上),让学生将其绕原点逆时针旋转90度。 3. 引导学生观察:原来的“横着”的椭圆变成了“竖着”的。 4. 提问:旋转后,哪个变量控制“高度”(y轴方向)?哪个控制“宽度”(x轴方向)? 5. 结论:因为焦点现在在y轴上,所以y轴方向是长轴,分母大的项对应y。方程变为 $\frac{y^2}{a^2} + \frac{x^2}{b^2} = 1$。 6. 核心口诀:“焦点在哪轴,哪轴分母大”。
讲法
适合类型:逻辑严密、偏好代数推导的学生 讲法:定义推导法(类比x轴推导) 1. 设焦点为 $F_1(0, -c)$,$F_2(0, c)$,动点 $P(x, y)$。 2. 根据第一定义:$|PF_1| + |PF_2| = 2a$。 3. 代入距离公式:$\sqrt{x^2 + (y+c)^2} + \sqrt{x^2 + (y-c)^2} = 2a$。 4. 移项平方:$\sqrt{x^2 + (y+c)^2} = 2a - \sqrt{x^2 + (y-c)^2}$。 5. 再次平方整理(过程略,强调与x轴推导完全一致,只是 $x$ 和 $y$ 位置互换): 得到 $x^2 + (y+c)^2 = 4a^2 - 4a\sqrt{x^2 + (y-c)^2} + x^2 + (y-c)^2$ 化简得 $2cy = 2a^2 - 2c^2 - 2a\sqrt{x^2 + (y-c)^2}$ 移项再平方,最终得到 $c^2x^2 + (a^2-c^2)y^2 = a^2(a^2-c^2)$。 6. 令 $b^2 = a^2 - c^2$,则 $c^2x^2 + b^2y^2 = a^2b^2$。 7. 两边同除以 $a^2b^2$,得 $\frac{x^2}{b^2} + \frac{y^2}{a^2} = 1$。 8. 强调:因为 $a > c$,所以 $b^2 > 0$,且 $a > b$,故 $y$ 项分母大。
适合类型:记忆困难、容易混淆公式的学生** **讲法:特征锚点法** 1. 告诉学生不要死记硬背公式,而是记住两个“锚点”。 2. **锚点1:焦点坐标**。焦点在y轴,说明焦点坐标是 $(0, \pm c)$。 3. **锚点2:长轴方向**。焦点永远在长轴上。既然焦点在y轴,说明y轴是长轴。 4. **规则
在标准方程 $\frac{x^2}{A} + \frac{y^2}{B} = 1$ 中,分母大的那个变量对应的轴就是长轴。 5. 推导:因为y轴是长轴,所以 $y$ 下面的分母必须大。 6. 结论:方程一定是 $\frac{y^2}{a^2} + \frac{x^2}{b^2} = 1$,其中 $a^2 > b^2$。 7. 检验:看焦点 $(0, \pm c)$,$c^2 = a^2 - b^2$。如果写成 $\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$,焦点就会跑到x轴上,与题设矛盾。
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练一道
基础题
已知椭圆焦点在y轴上,且经过点 $P(0, 5)$ 和 $Q(3, 4)$,求该椭圆的标准方程。
变式
已知椭圆 $C$ 的焦点在y轴上,离心率 $e = \frac{\sqrt{3}}{2}$,且过点 $P(1, \frac{\sqrt{3}}{2})$,求椭圆 $C$ 的方程。
试试手自己判
检测题
若椭圆 $\frac{x^2}{m} + \frac{y^2}{n} = 1$ ($m \neq n$) 的焦点在y轴上,则 $m, n$ 满足的关系是( ) A. $m > n > 0$ B. $n > m > 0$ C. $m > 0, n > 0$ D. $n > 0, m > 0$
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
1. 学生能指出焦点在y轴意味着y轴是长轴。
2. 学生能得出y项分母 $n$ 必须大于x项分母 $m$。
3. 学生能确认椭圆方程分母必须为正数。
4. 最终选择 $n > m > 0$。若选A,说明混淆了焦点位置与分母大小的关系;若选C或D,说明忽略了焦点位置对大小关系的限制。
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