专题：椭圆中最值问题求解策略

精品文档专题：椭圆中最值问题求解策略有关圆锥曲线的最值问题，在近几年的高考试卷中频频出现，在各种题型中均有考查，其中以解答题为重，在平时的高考复习需有所重视。圆锥曲线最值问题具有综合性强、涉及知识面广而且常含有变量的一类难题，也是教学中的一个难点。要解决这类问题往往利用函数与方程思想、数形结合思想、转化与化归等数学思想方法，将它转化为解不等式或求函数值域，以及利用函数单调性、各种平面几何中最值的思想来解决。第一类：求离心率的最值问题破解策略之一：建立的不等式或方程例1：若为椭圆的长轴两端点，为椭圆上一点，使，求此椭圆离心率的最小值。分析：建立之间的关系是解决离心率最值问题常规思路。此题也就要将角转化为边的思想，但条件又不是与焦点有关，很难使用椭圆的定义。故考虑使用到角公式转化为坐标形式运用椭圆中的取值进行求解离心率的最值。解：不妨设，则，利用到角公式及得：（），又点在椭圆上，故，消去， 化简得又即则，从而转化为关于的高次不等式 解得。故椭圆离心率的最小值为。（或，得：，由，故）（注：本题若是选择或填空可利用数形结合求最值）点评：对于此类最值问题关键是如何建立之间的关系。常用椭圆上的点表示成，并利用椭圆中的取值来求解范围问题或用数形结合进行求解。破解策略之二：利用三角函数的有界性求范围例2：已知椭圆C：两个焦点为，如果曲线C上存在一点Q，使，求椭圆离心率的最小值。分析：根据条件可采用多种方法求解，如例1中所提的方法均可。本题如借用三角函数的有界性求解，也会有不错的效果。解：根据三角形的正弦定理及合分比定理可得：故，故椭圆离心率的最小值为。点评：对于此法求最值问题关键是掌握边角的关系，并利用三角函数的有界性解题，真是柳暗花明又一村。第二类：求点点（点线）的最值问题破解策略之三：建立相关函数并求函数的最值（下面第三类、第四类最值也常用此法）例3：（05年上海）点A、B分别是椭圆长轴的左、右端点，点F是椭圆的右焦点，点P在椭圆上，且位于轴上方，。（1）求点P的坐标；（2）设M是椭圆长轴AB上的一点，M到直线AP的距离等于，求椭圆上的点到点M的距离的最小值。分析：解决两点距离的最值问题是给它们建立一种函数关系，因此本题两点距离可转化成二次函数的最值问题进行求解。解：（1）略 （2）直线AP的方程是+6=0。 设点M(,0),则M到直线AP的距离是。 于是=,又66,解得=2。 设椭圆上的点(,)到点M的距离 ,由于66, 当=时,d取得最小值点评：对于此类最值问题关键是如何将点点之间的最值问题转化成我们常见函数二次函数的最值问题求解。破解策略之四：利用椭圆定义合理转化例4：定长为的线段AB的两个端点分别在椭圆上移动，求AB的中点M到椭圆右准线的最短距离。解：设F为椭圆的右焦点，如图作于A，BB于B，MM于M，则当且仅当AB过焦点F时等号成立。故M到椭圆右准线的最短距离为。点评：是椭圆的通径长，是椭圆焦点弦长的最小值，是AB过焦点的充要条件。通过定义转化避免各种烦琐的运算过程。第三类：求角的最值问题例5：（05年浙江）如图，已知椭圆的中心在坐标原点，焦点F1，F2在x轴上，长轴A1A2的长为4，左准线l与x轴的交点为M，|MA1|A1F1|21。 ()求椭圆的方程； OF2F1A2A1PM()若直线l1：xm(|m|1)，P为l1上的动点，使F1PF2最大的点P记为Q，求点Q的坐标 (并用m表示) 。分析：本题考查解析几何中角的最值问题常采用到角 （夹角）公式或三角形中的正弦（余弦）定理，结合 本题的实际，考虑用夹角公式较为妥当。解：（）（过程略）（II）设P(当时，当时, 只需求的最大值即可。直线的斜率，直线的斜率利用夹角公式得：当且仅当=时，最大，最大值为。点评：对于此类最值问题关键是如何将角的最值问题转化成解析几何中的相关知识最值问题，一般可用到角（夹角）公式、余弦定理、向量夹角进行转化为求分式函数的值域问题。第四类：求（三角形、四边形等）面积的最值问题例6：（05年全国II）、四点都在椭圆上，为椭圆在轴正半轴上的焦点已知与共线，与共线，且求四边形的面积的最小值和最大值分析：本题是向量与解析几何的结合，主要是如何选择一个适当的面积计算公式达到简化运算过程，并结合分类讨论与求最值的思想。解：如图，由条件知MN和PQ是椭圆的两条弦，相交于焦点F(0,1)，且PQMN，直线PQ、NM中至少有一条存在斜率，不妨设PQ的斜率为，又PQ过点F(0,1)，故PQ的方程为=+1将此式代入椭圆方程得(2+)+21=0设P、Q两点的坐标分别为(，)，(，)，则 QPNMFO从而亦即(1)当0时，MN的斜率为，同上可得： 故所求四边形的面积令=得=2 当=1时=2，S=且S是以为自变量的增函数。当=0时，MN为椭圆长轴，|MN|=2，|PQ|=。S=|PQ|MN|=2综合知四边形PMQN的最大值为2，最小值为。点评：对于此类最值问题关键是选择一个适当或合理的面积公式转化成常见函数反比例函数形式的最值问题。第五类：求线段之和（或积）的最值问题破解策略之五：利用垂线段小于等于折线段之和。例7：若椭圆内有一点，为右焦点，椭圆上的点使得的值最小，则点的坐标为（ ） A B C D提示：联系到将用第一定义转化成点到相应准线的距离问题，利用垂线段最短的思想容易得到正确答案。选。思考：将题中的2去掉会怎样呢？破解策略之六：利用三角形两边之和大于第三边或三角形两边之差小于第三边例8：如图，在直线上任意取一点，经过点且以椭圆的焦点作椭圆，问当在何处时，所作椭圆的长轴最短，并求出最短长轴为多少？PMyOlF1F2xN分析：要使所作椭圆的长轴最短，当然想到椭圆的定义。基本的解题思路如下：长轴最短三点一直线寻求对称对称变换。在一系列的变化过程中巧妙的运用对称，使我们找到一种简明的解题方法。通过此对称性主要利用解：椭圆的两焦点分别为（3，0）、（3,0），作关于直线的对称点，则直线的方程为由方程组得的坐标（6，3），由中点坐标公式得的坐标（9,6）,所以直线的方程。解方程组得点坐标（5,4）。由于，点评：对于此类最值问题是将所求的最值转化成三角形两边之和大于第三边或两点连线最短、垂线段最短的思想。除了上述几类之外，高考中还有数量积的最值问题、直线斜率（或截距）的最值问题等等，由此可见对于椭圆中的最值问题所涉及范围较广，从中也渗透了求最值的一些常规方法，运用定义、平面几何知识可更有效地将最值问题转化成形的最值问题。椭圆最值问题椭圆中的最值问题是比较重要的课题，它主要体现了转化思想及数形结合的应用，涉及到的知识有椭圆定义、标准方程、参数方程、三角函数、二次函数、不等式等内容。能够考查学生的分析能力、理解能力、知识迁移能力、解决问题的能力等等。椭圆中的最值问题通常有两类：一类是有关长度、面积等的最值问题；一类是椭圆中有关元素的最值问题。这些问题往往通过回归定义，结合几何知识，建立目标函数，利用函数的性质或不等式知识，以及观形、设参、转化、替换等途径来解决。策略一：定义法F2F1M1M2例1、（1）P(-2,),F2为椭圆的右焦点，点M在椭圆上移动，求MP+MF2的最大值和最小值。分析：欲求MP+MF2的最大值和最小值o可转化为距离差再求。由此想到椭圆第一定义MF2=2a-MF1, F1为椭圆的左焦点。解：MP+MF2=MP+2a-MF1连接PF1延长PF1交椭圆于点M1,延长F1P交椭圆于点M2由三角形三边关系知PF1MP-MF1PF1当且仅当M与M1重合时取右等号、M与M2重合时取左等号。因为2a=10, PF1=2所以（MP+MF2）max=12, （MP+MF2）min=8结论1：设椭圆的左右焦点分别为F1、F2, P(x0,y0)为椭圆内一点，M(x,y)为椭圆上任意一点，则MP+MF2的最大值为2a+PF1,最小值为2aPF1。（2）P(-2,6),F2为椭圆的右焦点，点M在椭圆上移动，求MP+MF2的最大值和最小值。 分析：点P在椭圆外，PF2交椭圆于M，此点使MP+MF2值最小，求最大值方法同例1。解：MP+MF2=MP+2a-MF1连接PF1并延长交椭圆于点M1，则M在M1处时MP-MF1取最大值PF1。MP+MF2最大值是10+，最小值是。结论2：设椭圆的左右焦点分别为F1、F2, P(x0,y0)为椭圆外一点，M(x,y)为椭圆上任意一点，则MP+MF2的最大值为2a+PF1，最小值为PF2。xyMAFM0F演练1、已知点F是椭圆的右焦点，M使这椭圆上的动点，A（2,2）是一个定点，求|MA|+|MF|的最小值。解：设F为椭圆的左焦点，则|MF|+|MF|=2a=10, 要使|MA|+|MF|最小，当A在椭圆外时，可为A、F的连接与椭圆的交点，而使|MA|+|MF|的最小值等于|AF|，当A在椭圆内部时（见图）,|MA|+|MF|=|MA|+(2a-|MF|)=2a-(|MF|-|MA|), |MF|-|MA|AF|= 即|MF|-|MA|的最大值为（M在M0处取得），|MA|+|MF|的最小值为.评注：这个问题是用椭圆第一定义中的数量关系进行转换，使问题化归为几何中求最大（小）值的基本模式，主要是利用三角形中两边之和大于第三边，两边之差小于第三边等结论.演练2、已知定点A（2，1），F（1，0）是椭圆的一个焦点，P是椭圆上的点，求|PA|+3|PF|的最小值.解：椭圆右准线设P在上的射影为D，由椭圆第二定义有.过A作于E,交椭圆于P3, P3使得达到最小值为7,此时P3坐标为评析：利用第二定义实现了数据的转化，本小题一般情形“假如题设与本题类同，所求的便是的最小值（也适合于双曲线、抛物线）策略二：二次函数法例2、求定点A(a,0)到椭圆上的点之间的最短距离。分析：在椭圆上任取一点，由两点间距离公式表示PA，转化为x,y的函数，求最小值。解：设P(x,y)为椭圆上任意一点，PA2=(x-a)2+y2 =(x-a)2+1-2=+1-a2由椭圆方程知x的取值范围是-（1） 若a,则x=2a时PAmin=（2） 若a,则x=时PAmin=a（3） 若a,则PAmin=a+结论3：椭圆上的点M(x,y)到定点A(m,0)或B(0,n)距离的最值问题，可以用两点间距离公式表示MA或MB，通过动点在椭圆上消去y或x,转化为二次函数求最值，注意自变量的取值范围。策略三：三角函数法例3、椭圆上的点M(x,y)到直线l：x+2y=4的距离记为d,求d的最值。分析：若按例3那样d=转化为x或y的函数就太麻烦了，为了统一变量，可以用椭圆的参数方程，即三角换元。解：d= 令 则d= 当sin=1时,dmin=, 当sin=1时,dmax=结论4：若椭圆上的点到非坐标轴上的定点的距离求最值时,可通过椭圆的参数方程，统一变量转化为三角函数求最值。演练1、求椭圆上的点到直线的最大距离和最小距离.解：椭圆的参数方程为则椭圆上任意一点P坐标为,到直线的距离为= ，d取最大值，即；，d取最小值，即评析：因为椭圆方程为类似于三角中的同角的平方关系,故经常用三角代换转化为角的运算，对于解题往往会收到奇效，但一定要注意角的范围.策略四：判别式法例4、椭圆上的点M(x,y)到直线l：x+2y=4的距离记为d,求d的最值。分析：把直线平移使其与椭圆相切，有两种状态，一种可求最小值，另一种求最大值。解。令直线m：x+2y+c=0 将x=2yc代入椭圆方程整理得8y2+4cy+c2-4=0，由=0解得c=, c=- 时直线m：x+2y-=0与椭圆切于点P,则P到直线l的距离为最小值，且最小值就是两平行直线m与l的距离，所以dmin=c=时直线m：x+2y+=0与椭圆切于点Q，则Q到直线l的距离为最大值，且最大值就是两平行直线m与l的距离，所以dmax=。结论5：椭圆上的点到定直线l距离的最值问题,可转化为与l平行的直线m与椭圆相切的问题,利用判别式求出直线m方程，再利用平行线间的距离公式求出最值。说明：有些题目可以用几种不同的方法去解决，我们必须清楚它们的最优解法，以便提高做题速度及准确率。策略五：均值不等式法例5、椭圆上上一点P到两焦点距离之积为m，则m取最大值时，p点的坐标是（ ）(A) (B) (C) (D)评析：因为椭圆第一定义为|PF1|+|PF2|=2a, 2a为定值，这正符合均值不等式和一定时，积有最大值这个结论.因而由|PF1|+|