本题导读
本题考查椭圆的方程与性质,以及圆锥曲线中的最值问题。
📌【题干】
Question
(2021年乙卷理)设 是椭圆 的上顶点,若 上的任意一点 都满足 ,则 的离心率的取值范围是
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
本题考查椭圆的性质及点到点的距离的最值问题。
核心转化:点 是上顶点,椭圆下顶点为 ,显然下顶点到 的距离刚好为 。题干要求“椭圆上任意一点到 的距离都不超过 ”,这意味着椭圆上到点 距离最大的点就是下顶点。
解决该问题有两条常用路径:
几何代数法(判别式):点 满足 ,说明椭圆必须完全包含在以 为圆心、 为半径的圆内(或相切)。将圆的方程与椭圆方程联立,考察交点情况。
函数求导/配方法(通法,推荐):设出点 的坐标,利用椭圆方程消去 ,将距离的平方 转化为关于纵坐标 的一元二次函数(注意定义域 )。根据二次函数的对称轴和开口方向,分析其在区间上的单调性与最值。
✅【答案】
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C
✍【详细解析】
Abstract
解法一:几何方程与判别式法(极限思想)
点 的坐标为 ,因为 上的任意一点 都满足 ,
所以以 为圆心、 为半径的圆 必须包含整个椭圆。
它们的边界交点(极值情况)联立方程组为:
由椭圆方程得 ,代入圆的方程消去 :
整理为关于 的一元二次方程:
实际上,当 (下顶点)时,该方程必定成立。为了使得椭圆不超出圆的范围,该方程在 内不能有解,极限情况下判别式 (或者将其理解为重根切点条件):
整理得:
提公因式并化简:
即
因为平方非负,所以只能是 ,即 。这是极值情况,此时 。
结合选项,本题求的是范围,故 的范围为 。故选 C。
解法二:二次函数最值法(王亮老师补解,严谨通法)
设椭圆上任意一点 ,其中 。
根据距离公式,点 到 的距离的平方为:
因为点 在椭圆上,有 ,代入上式消去 :
这是一个关于 的二次函数,记为 。
因为椭圆中 ,所以二次项系数 ,该抛物线开口向下。
其对称轴为:
因为分母 ,且 ,所以对称轴 。
题目要求 恒成立,即 恒成立。
容易验证,当 时,。
这说明该二次函数在区间 上的最大值必须恰好在左端点 处取得!
要使开口向下的抛物线在 上的最大值在左端点 处取得,其对称轴必须在区间左侧或恰好等于左端点(此时在区间内单调递减)。
即:对称轴
因为 ,不等式两边同乘该分母,不等号变号:
即 。
将 代入:
因为椭圆离心率 ,所以 。
故选 C。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
圆锥曲线上的距离最值问题,首选“消元转函数”法。本题中设 ,将两点距离平方转化为关于坐标 的二次函数,是解析几何中的“黄金通法”。
易错点剖析:在研究含参二次函数在闭区间 上的最值时,必须关注“对称轴”与“区间”的位置关系(动轴定区间问题)。很多考生能列出 的表达式,但忽视了开口向下时,最大值的位置完全取决于对称轴的位置,从而无法得出 这个核心不等式。
极限法的局限性:解法一通过判别式求得极限值,再结合选项“蒙”出范围,在考场上能快速拿分,但在解答题中过程不够严密,容易被扣掉过程分。解法二体现了扎实的代数基本功。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
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