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3.5 焦半径

抛物线的定义、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 椭圆或双曲线上任意一点到焦点的距离,称为该点的焦半径。

从哪来 它建立在 4.1 焦半径公式 之上,同时依赖 3.3 顶点与离心率 中的离心率 $e$ 定义,以及 2.3 焦点位置判断 来确定焦点坐标。

为什么 焦半径本质上是圆锥曲线第一定义的代数化表达。 以椭圆为例,根据第一定义,点 $P$ 到两焦点距离之和为 $2a$。若 $P(x,y)$,则 $|PF_1| + |PF_2| = 2a$。 利用两点间距离公式和椭圆方程 $\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$,可以推导出 $|PF_1| = a + ex$(左焦点)或 $a - ex$(右焦点)。 这个公式揭示了几何距离与横坐标之间的线性关系,将复杂的根号运算转化为简单的线性运算,是解决焦点三角形面积、周长及最值问题的核心工具。

适合:形象思维强、喜欢几何直观的学生** **核心逻辑:投影法** 1. **引入
想象椭圆是压扁的圆。焦点 $F$ 在 $x$ 轴上。 2. 操作:过点 $P$ 作 $x$ 轴的垂线,垂足为 $M$。 3. 推导:根据第一定义,$|PF| + |PF'| = 2a$。 利用相似三角形或准线定义($|PF| = e \cdot d$,其中 $d$ 是 $P$ 到准线的距离),可以直观看到 $|PF|$ 等于 $P$ 到对应准线的距离乘以 $e$。 更直观的几何解释:$|PF| = a \pm ex$。这里的 $ex$ 可以理解为点 $P$ 的横坐标 $x$ 在“离心率尺度”下的投影长度。 4. 记忆口诀:“左加右减,左减右加”(针对椭圆:左焦点对应 $a+ex$,右焦点对应 $a-ex$;需结合焦点位置判断)。
适合:逻辑严密、偏好代数推导的学生** **核心逻辑:代数推导** 1. **设定
椭圆 $\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$ ($a>b>0$),右焦点 $F(c,0)$,点 $P(x,y)$。 2. 计算: $|PF|^2 = (x-c)^2 + y^2$ 由椭圆方程得 $y^2 = b^2(1 - \frac{x^2}{a^2}) = \frac{b^2(a^2-x^2)}{a^2}$ 3. 代入: $|PF|^2 = x^2 - 2cx + c^2 + \frac{b^2 a^2 - b^2 x^2}{a^2}$ $= x^2 - 2cx + c^2 + b^2 - \frac{b^2}{a^2}x^2$ $= (1 - \frac{b^2}{a^2})x^2 - 2cx + (c^2 + b^2)$ 因为 $1 - \frac{b^2}{a^2} = \frac{a^2-b^2}{a^2} = \frac{c^2}{a^2} = e^2$,且 $c^2+b^2=a^2$ $|PF|^2 = e^2 x^2 - 2cx + a^2 = (ex - a)^2$ 4. 开方: $|PF| = |ex - a|$ 因为 $P$ 在椭圆上,$-a \le x \le a$,且 $0 < e < 1$,所以 $-a < ex < a$,即 $ex - a < 0$。 故 $|PF| = a - ex$。 5. 结论:右焦点焦半径为 $a - ex$,左焦点为 $a + ex$。
适合:应试技巧型、追求解题速度的学生** **核心逻辑:符号记忆与快速应用** 1. **公式核心
$r = a \pm ex$。 2. 符号判定法则: * 椭圆:焦点在左,取“+”;焦点在右,取“-”。(即:$x$ 与焦点同侧取减,异侧取加?不,更简单的记法是:右焦点配 $-ex$,左焦点配 $+ex$)。 * 双曲线:焦点在左,右支取“+”,左支取“-”;焦点在右,右支取“-”,左支取“+”。(双曲线需判断点在哪一支,$x$ 的符号决定加减)。 3. 应用场景: * 求焦点三角形周长:$|PF_1| + |PF_2| + |F_1F_2| = 2a + 2c$(椭圆)。 * 求焦点三角形面积:$S = \frac{1}{2} |PF_1| |PF_2| \sin \theta$,结合余弦定理 $|F_1F_2|^2 = |PF_1|^2 + |PF_2|^2 - 2|PF_1||PF_2|\cos \theta$ 可解。
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练一道
基础题
已知椭圆 $\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{16} = 1$ 的右焦点为 $F$,点 $P$ 在椭圆上,且 $P$ 的横坐标为 $3$,求 $|PF|$。
变式
已知双曲线 $\frac{x^2}{9} - \frac{y^2}{16} = 1$ 的左焦点为 $F_1$,点 $P$ 在双曲线右支上,且 $|PF_1| = 10$,求 $|PF_2|$($F_2$ 为右焦点)。
试试手自己判
检测题
已知椭圆 $\frac{x^2}{4} + \frac{y^2}{3} = 1$ 的左焦点为 $F$,点 $P$ 在椭圆上,且 $P$ 的横坐标为 $-1$,求 $|PF|$。
看答案和判分标准
答案:$a=2, b=\sqrt{3}, c=1, e=1/2$。 左焦点,公式 $|PF| = a + ex$。 $|PF| = 2 + \frac{1}{2} \times (-1) = 2 - 0.5 = 1.5$。
判对标准:
1. 正确识别 $a, c, e$ 的值($a=2, c=1, e=0.5$)。
2. 正确选择左焦点对应的公式($a + ex$)。
3. 正确代入 $x=-1$ 并计算结果为 $1.5$ 或 $\frac{3}{2}$。
4. 若学生使用第一定义结合距离公式计算,过程正确且结果一致,也判对。
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