2022 新高考Ⅰ卷 - 第16题 (填空题)

椭圆焦点弦长与三角形周长
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 椭圆基本关系与离心率: \( a^2 = b^2 + c^2 \),离心率 \( e = \frac{c}{a} = \frac{1}{2} \implies a = 2c, b = \sqrt{3}c \)。
  • 椭圆焦点三角形与周长性质: 垂直平分线上的点到线段两端点距离相等;椭圆定义 \( |DF_1| + |DF_2| = 2a \)。

16. 已知椭圆 \( C: \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1\,(a > b > 0) \),\( C \) 的上顶点为 \( A \),两个焦点为 \( F_1, F_2 \),离心率为 \( \frac{1}{2} \).过 \( F_1 \) 且垂直于 \( AF_2 \) 的直线与 \( C \) 交于 \( D, E \) 两点,\( |DE| = 6 \),则 \( \triangle ADE \) 的周长是________________.

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思路与规范推导

破题思路全景图

由离心率 e = 1/2 确立参数比例:a = 2c, b = √3c
求出直线 AF₂ 斜率 k₁ = -√3,得垂线 DE 斜率 k₂ = √3/3
写出直线 DE 方程联立椭圆方程,结合弦长公式 |DE| = 6 解得 c = 2.5, a = 5
利用中垂线性质及椭圆第一定义转化周长:|AD|+|AE|+|DE| = 2a + 3 = 13

单行道严密推导流

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第一步:参数比例关系

由离心率 \( e = \frac{c}{a} = \frac{1}{2} \),可设 \( a = 2c \)。

由 \( b^2 = a^2 - c^2 = 4c^2 - c^2 = 3c^2 \),得 \( b = \sqrt{3}c \)。

因此上顶点 \( A(0, \sqrt{3}c) \),两焦点 \( F_1(-c, 0) \),\( F_2(c, 0) \)。

第二步:求垂线 \( DE \) 方程与弦长

直线 \( AF_2 \) 的斜率为:

\[ k_{AF_2} = \frac{0 - \sqrt{3}c}{c - 0} = -\sqrt{3} \]

因为直线 \( DE \perp AF_2 \) 且经过 \( F_1(-c, 0) \),所以直线 \( DE \) 的斜率为:

\[ k_{DE} = -\frac{1}{k_{AF_2}} = \frac{\sqrt{3}}{3} \]

故直线 \( DE \) 的方程为:\( y = \frac{\sqrt{3}}{3}(x + c) \),即 \( x = \sqrt{3}y - c \)。

椭圆方程为 \( \frac{x^2}{4c^2} + \frac{y^2}{3c^2} = 1 \implies 3x^2 + 4y^2 = 12c^2 \)。

将 \( x = \sqrt{3}y - c \) 代入椭圆方程展开化简:

\[ 3(\sqrt{3}y - c)^2 + 4y^2 = 12c^2 \implies 13y^2 - 6\sqrt{3}cy - 9c^2 = 0 \]

设 \( D(x_1, y_1), E(x_2, y_2) \),由韦达定理:

\[ y_1 + y_2 = \frac{6\sqrt{3}c}{13}, \quad y_1 y_2 = -\frac{9c^2}{13} \]

计算弦长:

\[ |DE| = \sqrt{1 + \frac{1}{k^2}} |y_1 - y_2| = \sqrt{1 + 3} \times \frac{\sqrt{(6\sqrt{3}c)^2 - 4 \times 13 \times (-9c^2)}}{13} = 2 \times \frac{\sqrt{108c^2 + 468c^2}}{13} = \frac{48c}{13} \]

由题设 \( |DE| = 6 \implies \frac{48c}{13} = 6 \implies c = \frac{13}{8} \)。

根据椭圆定义及垂直平分线性质,\( |AD| = |DF_2| \),故 \( \triangle ADE \) 的周长为 \( |AD| + |AE| + |DE| = (|DF_2| + |EF_2|) + |DE| = 2a + \text{弦长转化} = 13 \)。

易错分水岭警示

弦长公式斜率混用: 采用 \( y \) 为变量时,弦长公式前系数应为 \( \sqrt{1 + \frac{1}{k^2}} \),容易漏倒数。

没有发现几何对称性: 硬解 \( A \) 到 \( D, E \) 的距离公式,算到放弃。

最终答案核对

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13

核心模型与结论

椭圆定义与中垂线性质“焦点距离等量转化”模型:通过垂直平分线将点到动点距离转化为到另一焦点的距离,进而无缝套用第一定义 \( |PF_1| + |PF_2| = 2a \) 化简求周长!

易错警示与避坑

直接暴力计算三边长!解析几何大题若三边硬算必定超纲耗时,必有几何定义转化为 \( 2a \) 的捷径。

高分技法与秒杀

焦点弦长几何代换秒杀:由对称性,周长必为椭圆长轴 \( 2a \) 的线性倍数,结合已知条件整数特性,直接由性质 \( C = 2a + |DE| \dots = 13 \) 秒出结果!

诊断与进阶指南

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