本题导读

本题核心考查椭圆的范围与其外切矩形区域的几何包含关系。需要将“椭圆落在指定矩形区域内”转化为焦点或顶点坐标的代数不等式约束,再通过排列组合的分步、分类计数原理求得符合条件的元素对数。

📌【题干】

Question

(2005年天津卷(理)) 从集合 中任选两个元素作为椭圆方程 中的 和 ,则能组成落在矩形区域 内的椭圆个数为 ()

A. 43       B. 72       C. 86       D. 90

🔍【思路分析】

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  1. 明确椭圆构成条件:方程 为椭圆的充要条件是 且 。
  2. 分析几何包含条件:椭圆在 轴上的范围为 ,在 轴上的范围为 。要使整个椭圆落在矩形区域 内,四个顶点必须全部在矩形内部,即满足 且 。
  3. 分类、分步计数:确定参数 和 的取值集合,计算在 限制下的全排列组合数。

✅【答案】

Success

B

✍【详细解析】

Abstract

已知椭圆方程为 。 因为其是一个标准的椭圆,所以要求参数 和 不能相等,即 。

椭圆上的任意点 均满足范围限制: , 。 题目要求整个椭圆完整地落在矩形区域 的内部(不含边界), 这意味着椭圆在两坐标轴上的最大边界端点(顶点)必须严格在矩形边界以内,即:

由于 是从集合 中任选的两个不同的元素, 因此,参数 和 的可选范围被限制为:

  • 只能从集合 中选择(共 10 种可能);
  • 只能从集合 中选择(共 8 种可能)。

下面利用分步乘法计数原理计算满足条件且 的非重复对数: 如果不考虑 的限制,任取 和 的总方法数为 种。

在这 80 种组合中,包含了 的不合法情况(此时方程表示圆,而非椭圆)。 因为 , , 所以使得 的相同元素对只能在两集合的交集 中产生。 显然,共有 8 种情况满足 (即 )。

剔除这些使方程变为圆的特殊情况,能组成椭圆的个数为:

故选 B

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:椭圆的几何边界范围()、排列组合中的排除法(正难则反)。
  2. 核心方法:总数减去不合法数(减法原理)。
  3. 避坑指南:一是极易忽略椭圆隐含定义条件 ,将满足条件的所有点对 直接选出,错选 D;二是要看清矩形区域为严格的不等号“”,因而作为边界的 和 均不能取到,从而缩减了 和 的可选集合。

📖【试题探源与推广】

Tip

1.试题探源: 本题由人教A版选择性必修第一册“椭圆的几何性质”中关于轴对称、范围判定,与选择性必修第三册“计数原理”章节的经典交汇改编而来。 2.结论推广: 设 从集合 中不放回抽取,要使曲线 成为落在矩形区域 ( 且均为正整数) 内的椭圆,其总个数公式为 。

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