Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат по высшей математике «Кривые второго порядка», Ташкент — 2014

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Кафедра: Высшая математика

Тема: Кривые второго порядка

Выполнил: Студент группы 463-13

Принял: Старший препадаватель. Сайдалиев. З

Кривые второго порядка.

Понятие линии определилось в сознании человека в доисторические времена. Наблюдения за изгибами берега реки, траекторией брошенного камня, очертаниями листьев растений и цветов послужили основой для постепенного установления понятия кривой. Однако потребовалось очень много времени, прежде чем люди начали сравнивать между собой различные линии и отличать одну кривую от другой. Лишь в XVIIв. появилось абстрактное понятие линии, начались исследования свойств кривых.

Кривая (линия) — след, оставленный движущейся точкой или телом. Обычно кривую представляют лишь как плавно изгибающуюся линию, вроде параболы или окружности. Но математическое понятие кривой охватывает и прямую, и фигуры, составленные из отрезков прямых, например, треугольник или квадрат.

В школьном курсе математики в качестве кривых рассматриваются графики функций. В новых стандартах по математике профильного уровня обучения предусматривается изучение параболы, эллипса, гиперболы.

Некоторые понятия кривых встречаются нам в нашей повседневной жизни, хотя чаще всего мы этого не замечаем. Например, по круговой траектории движутся люди при катании на колесе обозрения, карусели, по гиперболе движутся альфа-частицы в опыте Резерфорда при рассеивании их ядром атома; по эллипсам движутся планеты вокруг Солнца, по параболе — тело в однородном поле силы тяжести, брошенное под углом к горизонту.

Знакомство с кривыми, изучение их свойств позволит расширить геометрические представления, углубить знания, повысить интерес к геометрии; создаст содержательную основу для дальнейшего изучения математики, физики и других наук.

Все вышесказанное подчеркивает актуальность выбранной темы дипломной работы.

Целью является изучение теории замечательных кривых.

Объектом исследования явились замечательные кривые, а также задачи, связанные с ними.

Предметом исследования является изучение теории замечательных кривых.

Цель исследования обусловила выбор следующих частных задач:

1. отобрать теоретический материал по теме дипломной работы;

2. обобщить и систематизировать материал;

. рассмотреть основные типы задач и их решение.

Структура дипломной работы следующая. Первая глава содержит теоретический материал по теории кривых. Здесь рассматриваются такие кривые, как окружность, эллипс, гипербола, парабола, а также кривые, наиболее часто встречающиеся в математическом анализе: Анъези локон, Декартов лист, Бернулли лемниската, кардиоида, цепная линия, астроида, циклоида.

Вторая часть дипломной работы представлена в виде рабочей тетради. Данная тетрадь разработана для студентов I и II-го курсов. В ней предлагаются задания по степени возрастания сложности по данной теме.

При работе над дипломной работой использовались в качестве основных источников учебники , , ,

Содержание
  1. Замечательные кривые
  2. Кривые второго порядка. Общее уравнение кривой второго порядка.
  3. п.1. Окружность
  4. п.2. Эллипс
  5. Вывод канонического уравнения эллипса
  6. Эксцентриситет эллипса
  7. Эксцентриситет гиперболы
  8. Директрисы гиперболы
  9. п.4. Парабола
  10. Исследование формы параболы
  11. Реферат: Кривые второго порядка эллипс, окружность, парабола, гипербола
  12. Кривые второго порядка в математике с примерами решения и образцами выполнения
  13. Окружность и ее уравнения
  14. Эллипс и его каноническое уравнение
  15. Исследование формы эллипса по его уравнению
  16. Другие сведения об эллипсе
  17. Гипербола и ее каноническое уравнение
  18. Исследование формы гиперболы по ее уравнению
  19. Другие сведения о гиперболе
  20. Асимптоты гиперболы
  21. Эксцентриситет гиперболы
  22. Равносторонняя гипербола
  23. Парабола и ее каноническое уравнение
  24. Исследование формы параболы по ее уравнению
  25. Параллельный перенос параболы
  26. Уравнения кривых второго порядка как частные случаи общего уравнения второй степени с двумя переменными
  27. Дополнение к кривым второго порядка
  28. Эллипс
  29. Гипербола
  30. Парабола
  31. Пример задачи решаемой с применением кривых второго порядка
  32. Кривая второго порядка и её определение
  33. Окружность и ее уравнение
  34. Уравнение окружности как частный вид общего уравнения второй степени
  35. Эллипс и его уравнение
  36. Исследование уравнения эллипса
  37. Эксцентриситет эллипса
  38. Связь эллипса с окружностью
  39. Гипербола и ее уравнение
  40. Исследование уравнения гиперболы
  41. Эксцентриситет гиперболы
  42. Асимптоты гиперболы
  43. Равносторонняя гипербола
  44. Уравнение равносторонней гиперболы, отнесенной к асимптотам
  45. Парабола и ее простейшее уравнение
  46. Исследование уравнения параболы
  47. Уравнение параболы со смещенной вершиной и осью, параллельной оси Оу
  48. Конические сечения
  49. Кривая второго порядка и её вычисление
  50. Уравнение линии в декартовых и полярных координатах
  51. Окружность
  52. Эллипс
  53. Гипербола
  54. Парабола
  55. Понятие о приведении общего уравнения второго порядка к каноническому виду
  56. Решение заданий на тему: Кривые второго порядка
  57. 🌟 Видео

Видео:Аналитическая геометрия: Эллипс, Парабола, Гипербола. Высшая математикаСкачать

Аналитическая геометрия: Эллипс, Парабола, Гипербола. Высшая математика

Замечательные кривые

Видео:Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.Скачать

Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.

Кривые второго порядка. Общее уравнение кривой второго порядка.

Важной задачей аналитической геометрии является исследование общего уравнения линии второго порядка и приведение его к простейшим (каноническим) формам.

Определение: Кривой второго порядка называется множество точек Реферат окружность эллипс гипербола параболана плоскости Реферат окружность эллипс гипербола парабола, координаты которых удовлетворяют следующему общему уравнению кривой второго порядка:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(1)

где коэффициенты А, 2В, С, 2D, 2E и F — любые числа и, кроме того, числа А, В и С не равны нулю одновременно, т. е. Реферат окружность эллипс гипербола парабола. ()

Уравнения окружности, эллипса, гиперболы и параболы являются частными случаями уравнения (1). ()

Теорема 1. Пусть в прямоугольной системе координат задано общее уравнение кривой второго порядка Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Тогда существует такая прямоугольная система координат, в которой это уравнение принимает один из следующих девяти канонических видов:

1) Реферат окружность эллипс гипербола парабола(Эллипс);

2) Реферат окружность эллипс гипербола парабола(Мнимый эллипс);

3) Реферат окружность эллипс гипербола парабола(Пара мнимых пересекающихся прямых);

4) Реферат окружность эллипс гипербола парабола(Гипербола);

5) Реферат окружность эллипс гипербола парабола(Пара пересекающихся прямых);

6) Реферат окружность эллипс гипербола парабола(Парабола);

7) Реферат окружность эллипс гипербола парабола(Пара параллельных прямых);

8) Реферат окружность эллипс гипербола парабола(Пара мнимых параллельных прямых):

9) Реферат окружность эллипс гипербола парабола(Пара совпавших прямых).

п.1. Окружность

Окружность — замкнутая плоская кривая, все точки которой одинаково удалены от данной точки (центра). Окружность (рис.1) с центром в точке Реферат окружность эллипс гипербола параболаи радиусом Реферат окружность эллипс гипербола параболаимеет уравнение в прямоугольных координатах:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(2)

Раскрывая скобки, придадим уравнению (2) вид:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(2′ )

или Реферат окружность эллипс гипербола парабола(2» )

где положено Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола параболаРеферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (2») является уравнением второй степени. Итак, окружность имеет уравнение второй степени относительно текущих координат. Но, очевидно не всякое уравнение второй степени определяет окружность. Действительно, из уравнения (2» ) усматриваем, что в уравнении окружности коэффициенты при квадратах координат равны, а член с произведением координат Реферат окружность эллипс гипербола параболаотсутствует. Обратно, если эти два условия (равенство коэффициентов при Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаи отсутствие члена Реферат окружность эллипс гипербола парабола) осуществлены, то уравнение, вообще говоря, определяет окружность, так как оно приводится к виду (2») путем деления на коэффициент при Реферат окружность эллипс гипербола парабола. ()

Итак, по виду данного уравнения второй степени мы можем решить, является ли оно уравнением окружности или нет. Например, уравнение Реферат окружность эллипс гипербола параболаопределяет окружность, так как в нем коэффициенты при квадратах координат равны между собой, а член с произведением отсутствует. Желая построить эту окружность, мы должны предварительно определить координаты ее центра и радиус. С этой целью данное уравнение мы приведем к виду (2). Такое представление есть не что иное, как представление уравнения (2» ) в виде (2). Возьмем в данном уравнении члены, содержащие Реферат окружность эллипс гипербола парабола, т. е. Реферат окружность эллипс гипербола параболаи представим этот двучлен в виде:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

т. е. выделим из членов, содержащих Реферат окружность эллипс гипербола парабола, полный квадрат линейного двучлена Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Далее возьмем члены, содержащие Реферат окружность эллипс гипербола парабола, т. е. Реферат окружность эллипс гипербола параболаИ, преобразуя, этот двучлен таким же образом, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

После этого данное уравнение запишется так:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Перенося свободные члены вправо, будем иметь: Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Сравнивая это уравнение с уравнением окружности (2), усматриваем, что Реферат окружность эллипс гипербола парабола, Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола параболаТаким образом, центром окружности является точка Реферат окружность эллипс гипербола параболаи радиус окружности равен Реферат окружность эллипс гипербола парабола. По этим данным можно построить окружность.

Параметрические уравнения окружности: Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение окружности в полярных координатах: Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Отметим, что движение по окружности часто встречается в физике и технике, по круговой траектории движутся люди при катании на колесе обозрения, карусели, по круговым орбитам могут двигаться искусственные спутники Земли. Хорошо известна планетарная модель атома водорода по Резерфорду. В центре атома находится ядро, а электрон вращается вокруг него. (Энц. словарь юного математика)

п.2. Эллипс

Название «Эллипс» ввёл Аполлоний Пергский, рассматривая эллипс как одно из конических сечений. Эллипс (греч. elleipsis — недостаток) — линия пересечения прямого кругового конуса плоскостью, не проходящей через вершину конуса и пересекающей все прямолинейные образующие одной полости этого конуса.

Определение: Эллипсом называется геометрическое место точек, для которых сумма расстояний от двух фиксированных точек плоскости, называемых фокусами, есть постоянная величина; требуется, чтобы эта постоянная была больше расстояния между фокусами. Фокусы эллипса принято обозначать через F1 и F2. ()

Пусть М — произвольная точка эллипса (рис 2.) с фокусами F1 и F2. Отрезки F1М и F2М (так же как и длины этих отрезков) называются фокальными радиусами точки М. Постоянную сумму фокальных радиусов точки эллипса принято обозначать через 2а. Таким образом, для любой точки М эллипса имеем:

М + F2М = const=2а> F1 F2 (3)

Данное неравенство необходимо: оно означает, что сумма двух сторон Реферат окружность эллипс гипербола параболаF1 F2 М больше третьей. Если точки F1 и F2 сливаются, то условие (3) сводится к тому, что FM= const; точки с этим условием образуют окружность. Она считается частным (иногда вырожденным) случаем эллипса. ()

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Середина 0 отрезка F1F2 (фокусного расстояния) называется центром эллипса. Расстояние F1 и F2 между фокусами обозначают через 2с.

Вывод канонического уравнения эллипса

Пусть дан какой-нибудь эллипс с фокусами F1, F2. (рис.3).

Возьмем на плоскости произвольную точку М и обозначим ее координаты через х и у. Обозначим, далее, через r1 и r2 расстояния от точки М до фокусов

(r1 = F1М, r2 = F2М).

Точка М будет находиться на данном эллипсе в том и только в том случае, когда

Чтобы получить искомое уравнение, нужно в равенстве заменить переменные r1 и r2 их выражениями через координаты х, у.

Заметим, что, так как F1 F2 = 2с и так как фокусы F1 и F2 расположены на оси Ох симметрично относительно начала координат, то они имеют соответственно координаты (-с; 0) и (+с; 0); учитывая это и применяя формулу расстояния между двумя точками, находим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(5)

Заменяя r1 и r2, получаем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(6)

Это и есть уравнение рассматриваемого эллипса, так как ему удовлетворяют координаты точки М (х; у), когда точка М лежит на этом эллипсе. Возведём обе части равенства в квадрат, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(7)

Возводя в квадрат обе части последнего равенства, найдем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(8)

Здесь мы введем в рассмотрение новую величину

Реферат окружность эллипс гипербола парабола; (9)

Так как по условию а>с, следовательно, Реферат окружность эллипс гипербола параболаи величина b-положительное число. Из равенства (8) имеем

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда уравнение (8) можно переписать в виде

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Разделив обе части этого равенства на a2b2, окончательно получим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола. (10)

Это уравнение называется каноническим уравнением эллипса, где а и b — длины большой и малой полуосей эллипса. При a = b фокусы F1 и F2 совпадают, и указанное уравнение определяет окружность, которая рассматривается как частный случай эллипса. Уравнение Реферат окружность эллипс гипербола парабола, определяющее эллипс в некоторой системе декартовых прямоугольных координат, есть уравнение второй степени; таким образом, эллипс есть линия второго порядка.

Эксцентриситет эллипса

Определение: Эксцентриситетом эллипса называется отношение расстояния между фокусами этого эллипса к длине его большой оси (Шипачев); обозначив эксцентриситет буквой е, получаем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Заметим, что Реферат окружность эллипс гипербола параболапоэтому

Реферат окружность эллипс гипербола парабола;

Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, эксцентриситет определяется отношением осей эллипса, а отношение осей, в свою очередь, определяется эксцентриситетом. Таким образом, эксцентриситет характеризует форму эллипса. Чем ближе эксцентриситет к единице, тем меньше 1- е2, тем меньше, следовательно, отношение Реферат окружность эллипс гипербола парабола; значит, чем больше эксцентриситет, тем более эллипс вытянут вдоль большей оси.() В случае b=a, уравнение (10) принимает вид:

Реферат окружность эллипс гипербола параболаили Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Это уравнение является уравнением окружности с центром в начале координат и с радиусом равным а. Значит, окружность можно рассматривать как частный случай эллипса, когда полуоси его равны между собой и эксцентриситет равен нулю:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Эксцентриситет эллипса характеризует меру вытянутости эллипса.

Как известно, планеты и некоторые кометы движутся по эллиптическим орбитам. Оказывается, что эксцентриситеты планетных орбит весьма малы, а кометных — велики, т. е. близки к единице. Таким образом, планеты движутся почти по окружности, а кометы то приближаются к Солнцу (Солнце находится в одном из фокусов), то удаляются от него.

Определение: Две прямые, перпендикулярные к большой оси эллипса и расположенные симметрично относительно центра на расстоянии Реферат окружность эллипс гипербола параболаот него, называются директрисами эллипса. (а — большая полуось, е — эксцентриситет эллипса). ()

Уравнения директрис в выбранной системе координат имеют вид:

Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Первую из них мы условимся называть левой, вторую — правой. Так как для эллипса Реферат окружность эллипс гипербола параболаa, следовательно, с2-а2>0 и величина b-положительное число. Из равенства (15) имеем

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Поэтому уравнение (15) принимает вид:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола,

Реферат окружность эллипс гипербола парабола. (17)

Уравнение Реферат окружность эллипс гипербола парабола,определяющее гиперболу в некоторой системе декартовых прямоугольных координат, есть уравнение второй степени; таким образом, гипербола есть линия второго порядка.

Эксцентриситет гиперболы

Гипербола состоит из двух ветвей (правой и левой) и имеет две асимптоты:

Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Оси симметрии называются осями гиперболы, а центр симметрии (точка пересечения осей) — центром гиперболы. Одна из осей пересекается с гиперболой в двух точках, которые называются ее вершинами (на рис.7 они обозначены буквами А и А′ ). Эта ось называется действительной осью гиперболы. Другая ось не имеет общих точек с гиперболой и называется мнимой осью гиперболы. Прямоугольник со сторонами 2а и 2b (см. рис.7) называется основным прямоугольником гиперболы. Величины а и b называются соответственно действительной и мнимой полуосями гиперболы.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(18)

переставляя буквы х и у, а и b, можно привести к виду (17). Отсюда ясно, что уравнение (18) определяет гиперболу, расположенную так, как показано на рис.7 справа; вершины ее лежат на оси Оу. Эта гипербола называется сопряженной по отношению к гиперболе (17) (). Обе гиперболы имеют одни и те же асимптоты.

Гипербола с равными полуосями (а = b) называется равносторонней, и ее каноническое уравнение имеет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(19)

Так как основной прямоугольник равносторонней гиперболы является квадратом, то асимптоты равносторонней гиперболы перпендикулярны друг другу.

Определение: Эксцентриситетом гиперболы называется отношение расстояния между фокусами этой гиперболы к расстоянию между ее вершинами (); обозначив эксцентриситет буквой е, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Так как с > a, то е > 1, т. е. эксцентриситет гиперболы больше единицы.

Заметим, что Реферат окружность эллипс гипербола парабола; находим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола,

Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Из последнего равенства легко получить геометрическое истолкование эксцентриситета гиперболы. Эксцентриситет определяется отношением Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а отношение Реферат окружность эллипс гипербола параболав свою очередь определяется эксцентриситетом. Таким образом, эксцентриситет гиперболы характеризует форму ее основного прямоугольника, а значит, и форму самой гиперболы.

Чем меньше эксцентриситет, т. е. чем ближе он к единице, тем меньше Реферат окружность эллипс гипербола параболатем меньше, следовательно, отношение Реферат окружность эллипс гипербола парабола; значит, чем меньше эксцентриситет гиперболы, тем более вытянут ее основной прямоугольник (в направлении оси, соединяющей вершины). ()

В случае равносторонней гиперболы a = b и е = √2.

Директрисы гиперболы

Определение: Две прямые, перпендикулярные к той оси гиперболы, которая ее пересекает, и расположенные симметрично относительно центра на расстоянии Реферат окружность эллипс гипербола параболаот него, называются директрисами гиперболы.

Уравнения директрис в выбранной системе координат имеют вид

Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Первую из них мы условимся называть левой, вторую — правой.

Так как для гиперболы е >1, то Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Отсюда следует, что правая директриса расположена между центром и правой вершиной гиперболы; аналогично, левая директриса расположена между центром и левой вершиной (рис.8).

Установленное свойство эллипса и гиперболы можно положить в основу общего определения этих линий:

Множество точек, для которых отношение расстояний до фокуса и до соответствующей директрисы величина постоянная, равная е, это эллипс, если е 1. ()

Возникает вопрос, что представляет собой множество точек, определенное аналогичным образом при условии Реферат окружность эллипс гипербола параболаОказывается, это новая линия второго порядка, называемая параболой.

п.4. Парабола

Парабола (греч. parabole) — кривая второго порядка.

Определение: Параболой называется геометрическое место точек, для каждой из которых расстояние до некоторой фиксированной точки плоскости, называемой фокусом, равно расстоянию до некоторой фиксированной прямой, называемой директрисой (предполагается, что эта прямая не проходит через фокус). ()

Фокус параболы принято обозначать буквой F, расстояние от фокуса до директрисы — буквой p. Величину р называют параметром параболы.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пусть дана какая-нибудь парабола (рис.11). Возьмем на плоскости произвольную точку М и обозначим ее координаты через х и у. Обозначим далее через r расстояние от точки М до фокуса F(r=Реферат окружность эллипс гипербола парабола), через d-расстояние от точки М до директрисы. Точка М будет находиться на (данной) параболе в том и только в том случае, когда

Вывод канонического уравнения параболы

Чтобы получить искомое уравнение, нужно заменить переменные r и d их выражениями через текущие координаты х, у.

Заметим, что фокус F имеет координаты Реферат окружность эллипс гипербола парабола; приняв это во внимание, находим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола. (21)

Обозначим через N основание перпендикуляра, опущенного из точки М на директрису. Очевидно, точка N имеет координаты Реферат окружность эллипс гипербола параболатогда с помощью формулы, выражающей расстояние между точками М и N, получаем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(22)

Реферат окружность эллипс гипербола параболачисло положительное; это следует из того, что М (х; у) должна находиться с той стороны от директрисы, где находится фокус, т. е. должно быть Реферат окружность эллипс гипербола парабола, откуда Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Заменяя в равенстве (20) r и d выражениями (21) и (22), найдем

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(23)

Это и есть уравнение рассматриваемой параболы, так как ему удовлетворяют координаты точки М (х; у), когда точка М лежит на данной параболе. Приведем его к более удобному виду, для чего возведем обе части равенства (23) в квадрат. Получаем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Проверим, что уравнение (24), полученное возведением в квадрат обеих частей равенства (23), не приобрело «лишних» корней. Для этого достаточно показать, что для любой точки, координаты х и у которой удовлетворяют уравнению (22), выполнено соотношение (20). Действительно, из уравнения (24) вытекает, что х ≥ 0, поэтому для точек с неотрицательными абсциссами имеем d = Реферат окружность эллипс гипербола парабола+ x. Подставляя значение у2 из уравнения (24) в выражение (21) и учитывая, что х ≥ 0, получаем r = Реферат окружность эллипс гипербола парабола+ x, т. е. величины r и d равны, что и требовалось доказать. Таким образом, уравнению (24) удовлетворяют координаты точек данной параболы, и только они, т. е. это уравнение является уравнением параболы.

Уравнение (24) называется каноническим уравнением параболы. Уравнение у2=2рх, определяющее параболу в некоторой системе декартовых прямоугольных координат, есть уравнение второй степени; таким образом, парабола есть линия второго порядка. ()

Исследование формы параболы

Исследуем теперь форму параболы по ее каноническому уравнению. Так как уравнение (24) содержит у только в четвертой степени, то парабола симметрична относительно оси Ох. Следовательно, достаточно рассмотреть только ее часть, лежащую в верхней полуплоскости. Для этой части у ≥ 0, поэтому, разрешая уравнение (24) относительно у, получаем:

у = Реферат окружность эллипс гипербола парабола(25)

Из равенства (25) вытекают следующие утверждения:

1. если х 0, расположена слева от оси ординат (Рис.10, б). Вершина этой параболы совпадает с началом координат, осью симметрии является ось Ох.

Видео:#198. ЭЛЛИПС, ГИПЕРБОЛА, ПАРАБОЛАСкачать

#198. ЭЛЛИПС, ГИПЕРБОЛА, ПАРАБОЛА

Реферат: Кривые второго порядка эллипс, окружность, парабола, гипербола

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Уральский государственный университет.

Кафедра «Товароведение и экспертиза потребительских товаров»

«Кривые второго порядка: эллипс, окружность, парабола, гипербола»

По дисциплине Высшая математика.

Пермина Александра Николаевна

студент группы 131

Кравченко Ольга Владимировна

Кривые второго порядка: эллипс, окружность, парабола, гипербола.

Кривыми второго порядка на плоскости называются линии пересечения кругового конуса с плоскостями, не проходящими через его вершину.

Если такая плоскость пересекает все образующие одной полости конуса, то в сечении получается эллипс , при пересечении образующих обеих полостей – гипербола , а если секущая плоскость параллельна какой-либо образующей, то сечением конуса является парабола .

Кривая второго порядка на плоскости в прямоугольной системе координат описывается уравнением: Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Множество всех точек на плоскости, для которых сумма расстояний до двух фиксированных точек F 1 и F 2 есть заданная постоянная величина, называется эллипсом .

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Каноническое уравнение эллипса.

Для любого эллипса можно найти декартову систему координат такую, что эллипс будет описываться уравнением (каноническое уравнение эллипса):

Реферат окружность эллипс гипербола парабола,где Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Оно описывает эллипс с центром в начале координат, оси которого совпадают с осями координат. Число a называют большой полуосью эллипса , а число bего малой полуосью .

  • Фокальное свойство. Если F1 и F2 — фокусы эллипса, то для любой точки X, принадлежащей эллипсу, угол между касательной в этой точке и прямой ( F1X ) равен углу между этой касательной и прямой ( F2X ) .
  • Прямая, проведённая через середины отрезков, отсечённых двумя параллельными прямыми, пересекающими эллипс, всегда будет проходить через центр эллипса. Это позволяет построением с помощью циркуля и линейки легко получить центр эллипса, а в дальнейшем оси, вершины и фокусы.
  • Эволютой эллипса является астроида.
  • Эксцентриситетом эллипса называется отношение Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Эксцентриситет характеризует вытянутость эллипса. Чем эксцентриситет ближе к нулю, тем эллипс больше напоминает окружность и наоборот, чем эксцентриситет ближе к единице, тем он более вытянут.

Эллипс также можно описать как

  • фигуру, которую можно получить из окружности, применяя аффинное преобразование
  • ортогональную проекцию окружность на плоскость.
  • Пересечение плоскости и кругового цилиндра.

Реферат окружность эллипс гипербола параболаОкружность — геометрическое место точек плоскости, равноудалённых от заданной точки, называемой её центром, на заданное ненулевое расстояние, называемое её радиусом.

Каноническое уравнение окружности.

Общее уравнение окружности записывается как:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Точка Реферат окружность эллипс гипербола парабола— центр окружности, R — её радиус.

Уравнение окружности радиуса R с центром в начале координат:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

  • Прямая может не иметь с окружностью общих точек; иметь с окружностью одну общую точку (касательная); иметь с ней две общие точки (секущая).
  • Касательная к окружности всегда перпендикулярна её диаметру, один из концов которого является точкой касания.
  • Через три точки, не лежащие на одной прямой, можно провести окружность, и притом только одну.
  • Точка касания двух окружностей лежит на линии, соединяющей их центры.
  • Длину окружности с радиусом R можно вычислить по формуле C = 2π R .
  • Вписанный угол либо равен половине центрального угла, опирающегося на его дугу, либо дополняет половину этого угла до 180°.
    • Два вписанных угла, опирающиеся на одну и ту же дугу, равны.
    • Вписанный угол, опирающийся на дугу длиной в половину окружности равен 90°.
  • Угол между двумя секущими, проведенными из точки, лежащей вне окружности равен полуразности мер дуг, лежащих между секущими.
  • Угол между пересекающимися хордами равен полусумме мер дуги лежащей в угле и дуги напротив нее.
  • Угол между касательной и хордой равен половине дуги, стягиваемой хордой.
  • Отрезки касательных к окружности, проведённых из одной точки, равны и составляют равные углы с прямой, проходящей через эту точку и центр окружности.
  • При пересечении двух хорд произведение отрезков, на которые делится одна из них точкой пересечения, равно произведению отрезков другой.
  • Произведение длин расстояний от выбранной точки до двух точек пересечения окружности и секущей проходящей через выбранную точку не зависит от выбора секущей и равно абсолютной величине степени точки относительно окружности.
      Квадрат длины отрезка касательной равен произведению длин отрезков секущей и равен абсолютной величине степени точки относительно окружности.
  • Окружность является простой плоской кривой второго порядка.
  • Окружность является коническим сечением и частным случаем эллипса.

Параболой называется множество точек плоскости, каждая из которых находится на одинаковом расстоянии от данной точки, называемой фокусом, и от данной прямой, называемой директрисой и не проходящей через фокус.

Реферат окружность эллипс гипербола параболаКаноническое уравнение параболы в прямоугольной системе координат:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола(или Реферат окружность эллипс гипербола парабола, если поменять местами оси)

где р (фокальный параметр) — расстояние от фокуса до директрисы

  • Парабола — кривая второго порядка.
  • Она имеет ось симметрии, называемой осью параболы . Ось проходит через фокус и перпендикулярна директрисе.
  • Пучок лучей параллельных оси, отражаясь в параболе, собирается в её фокусе. Для параболы с вершиной в начале координат (0; 0) и положительным направлением ветвей фокус находится в точке (0; 0,25).
  • Если фокус параболы отразить относительно касательной, то его образ будет лежать на директрисе.
  • Парабола является антиподерой прямой.
  • Все параболы подобны. Расстояние между фокусом и директрисой определяет масштаб.
  • При вращении параболы вокруг оси симметрии получается эллиптический параболоид.

· Прямая пересекает параболу не более чем в двух точках.

· Эксцентриситет параболы е =1.

Геометрическое место точек плоскости, для которых разность расстояний до двух фиксированных точек есть величина постоянная, называют гиперболой .

Реферат окружность эллипс гипербола параболаДля любой гиперболы можно найти декартову систему координат такую, что гипербола будет описываться уравнением :

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Числа Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаназываются соответственно вещественной и мнимой полуосями гиперболы.

· Гипербола имеет две оси симметрии (главные оси гиперболы) и центр симметрии (центр гиперболы). При этом одна из этих осей пересекается с гиперболой в двух точках, называемых вершинами гиперболы. Она называется действительной осью гиперболы (ось Ох для канонического выбора координатной системы). Другая ось не имеет общих точек с гиперболой и называется ее мнимой осью (в канонических координатах – ось Оу ). По обе стороны от нее расположены правая и левая ветви гиперболы. Фокусы гиперболы располагаются на ее действительной оси.

· Каждая гипербола имеет пару асимптот: Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

· Расстояние от начала координат до одного из фокусов гиперболы называют фокусным расстоянием гиперболы Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

· Эксцентриситетом гиперболы называется величина е = с / а. Эксцентриситет гиперболы e > 1

· Расстояние от вершины гиперболы до асимптоты вдоль направления параллельного оси ординат называется малой или мнимой полуосью гиперболы Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

· Расстояние от фокуса до гиперболы вдоль прямой, параллельной оси ординат называется фокальным параметром Реферат окружность эллипс гипербола парабола..

Канатиков А.Н., Крищенко А.П. Аналитическая геометрия: Учеб. для вузов. 2-е изд. / Под ред. В.С. Зарубина, А.П. Крищенко. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000 – 388с.(Сер. Математика в техническом университете; Вып. III ).

Видео:Лекция 31.1. Кривые второго порядка. ЭллипсСкачать

Лекция 31.1. Кривые второго порядка. Эллипс

Кривые второго порядка в математике с примерами решения и образцами выполнения

1) всякая прямая в прямоугольной системе координат Реферат окружность эллипс гипербола параболаопределяется уравнением первой степени относительно переменных Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола;

2) всякое уравнение первой степени Реферат окружность эллипс гипербола параболав прямоугольной системе координат определяет прямую и притом единственную.

Мы займемся изучением линий, определяемых уравнениями второй степени относительно текущих
координат Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Такие линии называются линиями (кривыми) второго порядка. Коэффициенты уравнения (1) могут принимать различные действительные значения, исключая одновременное равенство Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболанулю (в противном случае уравнение (1) не будет уравнением второй степени).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Видео:Видеоурок "Гипербола"Скачать

Видеоурок "Гипербола"

Окружность и ее уравнения

Как известно, Окружностью называется множество всех точек плоскости, одинаково удаленных от данной точки, называемой центром.

Пусть дана окружность радиуса Реферат окружность эллипс гипербола параболас центром в точке Реферат окружность эллипс гипербола параболатребуется составить ее уравнение.

Возьмем на данной окружности произвольную точку Реферат окружность эллипс гипербола парабола
(рис. 38). Имеем

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

удовлетворяют координаты произвольной точки окружности. Более того, этому уравнению не удовлетворяют координаты никакой точки, не лежащей на окружности, так как Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Следовательно, (I) есть уравнение окружности радиуса Реферат окружность эллипс гипербола параболас центром в точке Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Если центр окружности находится на оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, т. е. если Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то уравнение (I) примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Если центр окружности находится на оси Реферат окружность эллипс гипербола параболат. е. если Реферат окружность эллипс гипербола параболато уравнение (I) примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Наконец, если центр окружности находится в начале координат, т. е. если Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то уравнение (I) примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Составить уравнение окружности радиуса Реферат окружность эллипс гипербола параболас центром в точке Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Решение:

Имеем: Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Подставив эти значения в уравнение (I), найдем Реферат окружность эллипс гипербола параболаРеферат окружность эллипс гипербола парабола.

Из изложенного выше следует, что уравнение окружности является уравнением второй степени относительно переменных Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола, как бы она ни была расположена в плоскости Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Уравнение окружности (I) является частным случаем общего уравнения второй степени с
переменными Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

В самом деле, раскрыв скобки в уравнении (1), получим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Справедливо следующее утверждение: если в уравнении (5) Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то Уравнение (5) определяет окружность.

Действительно, разделив уравнение (5) почленно на Реферат окружность эллипс гипербола парабола, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Дополним группы членов, стоящие в скобках, до полного квадрата:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Положим Реферат окружность эллипс гипербола параболаТак как, по условию, Реферат окружность эллипс гипербола параболато можно положить Реферат окружность эллипс гипербола парабола
Получим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Если в уравнении Реферат окружность эллипс гипербола параболато оно определяет точку Реферат окружность эллипс гипербола парабола(говорят также, что окружность вырождается в точку). Если же Реферат окружность эллипс гипербола параболато уравнению (5) не удовлетворяет ни одна пара действительных чисел (говорят также, что уравнение (5) определяет «мнимую» окружность).

Пример:

Найти координаты центра и радиус окружности

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Решение:

Сравнивая данное уравнение с уравнением (1), находим: Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Следовательно, Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Пример:

Установить, какое из уравнений:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

определяет окружность. Найти координаты центра и радиус каждой из них.

Решение:

Первое уравнение не определяет окружность, потому что Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Во втором уравнении Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Однако и оно не определяет окружность, потому что Реферат окружность эллипс гипербола парабола. В третьем уравнении условия Реферат окружность эллипс гипербола параболавыполняются. Для окончательного вывода преобразуем его так:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Это уравнение, а следовательно, и уравнение 3), определяет окружность с центром Реферат окружность эллипс гипербола параболаи радиусом Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

В четвертом уравнении также выполняются условия Реферат окружность эллипс гипербола параболаОднако преобразовав его к виду
Реферат окружность эллипс гипербола парабола, устанавливаем, что оно не определяет никакой линии.

Эллипс и его каноническое уравнение

Определение:

Эллипсом называется множество всех точек плоскости, сумма расстояний от каждой из которых до двух данных точек той же плоскости, называемых фокусами, есть величина постоянная, большая расстояния между фокусами.

Составим уравнение эллипса, фокусы Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболакоторого лежат на оси
Реферат окружность эллипс гипербола параболаи находятся на одинаковом расстоянии от
начала координат (рис. 39).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Обозначив Реферат окружность эллипс гипербола парабола, получим Реферат окружность эллипс гипербола параболаПусть Реферат окружность эллипс гипербола параболапроизвольная точка эллипса. Расстояния Реферат окружность эллипс гипербола параболаназываются фокальными радиусами точки Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Положим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда, согласно определению эллипса, Реферат окружность эллипс гипербола парабола— величина постоянная и Реферат окружность эллипс гипербола параболаПо формуле расстояния между двумя точками находим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Подставив найденные значения Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболав равенство (1), получим уравнение эллипса:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Преобразуем уравнение (3) следующим образом!

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Имеем: Реферат окружность эллипс гипербола параболаположим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

последнее уравнение примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как координаты Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболалюбой точки Реферат окружность эллипс гипербола параболаэллипса удовлетворяют уравнению (3),то они удовлетворяют уравнению (5).

Покажем, что справедливо и обратное: если координаты точки Реферат окружность эллипс гипербола параболаудовлетворяют уравнению (5) то она принадлежит эллипсу.

Пусть Реферат окружность эллипс гипербола парабола— произвольная точка, координаты которой удовлетворяют уравнению (5). Так как из (5)

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

то Реферат окружность эллипс гипербола параболаоткуда

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Подставив (6) в соотношения (2) и проведя необходимые упрощения, получим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Но так как Реферат окружность эллипс гипербола параболато

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

т. е. точка Реферат окружность эллипс гипербола параболадействительно принадлежит эллипсу.

Уравнение (5) называется каноническим уравнением
эллипса.

Исследование формы эллипса по его уравнению

Определим форму эллипса по его каноническому
уравнению

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

1. Координаты точки Реферат окружность эллипс гипербола параболане удовлетворяют уравнению (1), поэтому эллипс, определяемый этим уравнением не проходит через начало координат.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Найдем точки пересечения эллипса с осями координат. Положив в уравнении (1) Реферат окружность эллипс гипербола парабола, найдем Реферат окружность эллипс гипербола параболаСледовательно, эллипс пересекает ось Реферат окружность эллипс гипербола параболав точках Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Положив в уравнении (1) Реферат окружность эллипс гипербола парабола, найдем точки пересечения эллипса с осью Реферат окружность эллипс гипербола парабола:
Реферат окружность эллипс гипербола парабола(рис.40).

3. Так как в уравнение (1) переменные Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболавходят только в четных степенях, то эллипс симметричен относительно координатных осей, а следовательно, и относительно начала координат.

4. Определим область изменения переменных Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола. В предыдущем параграфе (см. (7)) мы уже показали, что

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Аналогично, переписав уравнение эллипса (1) в виде

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

получим Реферат окружность эллипс гипербола параболаоткуда Реферат окружность эллипс гипербола параболаили Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Таким образом, все точки эллипса находятся внутри прямоугольника, ограниченного прямыми Реферат окружность эллипс гипербола парабола
(см. рис, 40).

5. Переписав уравнение (1) соответственно в вида

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

мы видим, что при возрастании Реферат окружность эллипс гипербола параболаот 0 до Реферат окружность эллипс гипербола параболавеличина Реферат окружность эллипс гипербола параболаубывает от Реферат окружность эллипс гипербола параболадо 0, а при возрастании Реферат окружность эллипс гипербола параболаот 0 до Реферат окружность эллипс гипербола параболавеличина Реферат окружность эллипс гипербола параболаубывает от Реферат окружность эллипс гипербола параболадо 0. Эллипс имеет форму, изображенную на рис. 41.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Точки Реферат окружность эллипс гипербола параболапересечения эллипса с осями координат
называются вершинами эллипса. Отрезок Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается
большой осью эллипса, а отрезок Реферат окружность эллипс гипербола параболамалой осью. Оси Реферат окружность эллипс гипербола параболаявляются осями симметрии эллипса, а точка Реферат окружность эллипс гипербола параболацентром симметрии (или просто центром) эллипса.

Пример:

Определить длину осей и координаты фокусов эллипса Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Решение:

Разделив обе части данного уравнения на 1176, приведем его к каноническому виду

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Составить каноническое уравнение эллипса, если фокусное расстояние равно 10, а малая ось равна 6.

Решение:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Другие сведения об эллипсе

Мы рассмотрели эллипс, у которого Реферат окружность эллипс гипербола параболаЕсли же Реферат окружность эллипс гипербола параболато уравнение

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

определяет эллипс, фокусы которого лежат на оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола(рис. 42). В этом случае длина большой оси равна Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а малой Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Кроме того, Реферат окружность эллипс гипербола параболасвязаны между собой равенством

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Определение:

Эксцентриситетом эллипса называется отношение расстояния между фокусами к длине большой оси и обозначается буквой Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Если Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то, по определению,

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

При Реферат окружность эллипс гипербола параболаимеем

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Из формул (3) и (4) следует Реферат окружность эллипс гипербола парабола. При этом с
увеличением разности между полуосями Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаувеличивается соответствующим образом и эксцентриситет

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

эллипса, приближаясь к единице; при уменьшении разности между Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболауменьшается и эксцентриситет, приближаясь к нулю. Таким образом, по величине эксцентриситета можно судить о форме эллипса: чем больше эксцентриситет, тем более вытянут эллипс; чем меньше эксцентриситет, тем круглее эллипс. В частности, если Реферат окружность эллипс гипербола параболаи уравнение эллипса примет вид Реферат окружность эллипс гипербола парабола, которое определяет окружность с центром в начале координат. Таким образом, окружность можно рассматривать как частный случай эллипса, у которого полуоси равны между собой, а следовательно, эксцентриситет равен нулю.

Из рис. 43, на котором изображены эллипсы Реферат окружность эллипс гипербола параболаи окружность Реферат окружность эллипс гипербола парабола, хорошо видна зависимость формы эллипса от его эксцентриситета. В заключение поясним, как можно построить эллипс

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Для этого на осях координат строим вершины эллипса Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Затем из вершины Реферат окружность эллипс гипербола парабола(можно из Реферат окружность эллипс гипербола парабола) радиусом, равным а, на большой оси делаем засечки Реферат окружность эллипс гипербола парабола(рис. 44). Это будут фокусы эллипса, потому что Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Далее, берем нерастяжимую нить, длина которой равна Реферат окружность эллипс гипербола парабола, и закрепляем ее концы в найденных фокусах. Натягиваем нить

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

острием карандаша и описываем кривую, оставляя нить все время в натянутом состоянии.

Пример:

Составить каноническое уравнение эллипса, фокусы которого лежат на оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, если его большая ось равна 14 и Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Решение. Так как фокусы лежат на оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то Реферат окружность эллипс гипербола параболаПо
формуле (2) находим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, искомое уравнение, будет

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Видео:Эллипс. Гипербола. Их вырожденияСкачать

Эллипс.  Гипербола.  Их вырождения

Гипербола и ее каноническое уравнение

Определение:

Гиперболой называется множество всех точек плоскости, модуль разности расстояний от каждой из которых до двух данных точек той же плоскости, называемых фокусами, есть величина постоянная, меньшая расстояния между фокусами.

Составим уравнение гиперболы, фокусы которой Реферат окружность эллипс гипербола параболалежат на оси Реферат окружность эллипс гипербола параболаи находятся на одинаковом расстоянии от начала координат (рис. 45).

Обозначив Реферат окружность эллипс гипербола параболаполучим Реферат окружность эллипс гипербола парабола, Пусть
Реферат окружность эллипс гипербола парабола— произвольная точка гиперболы.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Расстояния Реферат окружность эллипс гипербола параболаназываются фокальными радиусами точки Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Согласно определению гиперболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

где Реферат окружность эллипс гипербола парабола— величина постоянная и Реферат окружность эллипс гипербола параболаПодставив

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

в равенство (1), получим уравнение гиперболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (2) можно привести к более простому виду; для этого преобразуем его следующим образом:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Имеем: Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Положим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда последнее равенство принимает вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как координаты Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболалюбой точки Реферат окружность эллипс гипербола параболагиперболы удовлетворяют уравнению (2), то они удовлетворяют и уравнению (4).

Как и в случае эллипса (см. конец § 2), можно показать, что справедливо и обратное: если координаты точки Реферат окружность эллипс гипербола параболаудовлетворяют уравнению (4), то она принадлежит гиперболе.

Уравнение (4) называется каноническим уравнением гиперболы.

Исследование формы гиперболы по ее уравнению

Определим форму гиперболы по ее каноническому уравнению

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

1. Координаты точки Реферат окружность эллипс гипербола парабола(0; 0) не удовлетворяют уравнению (1), поэтому гипербола, определяемая этим уравнением, не проходит через начало координат.

2. Найдем точки пересечения гиперболы с осями координат. Положив в уравнении (1) Реферат окружность эллипс гипербола парабола, найдем Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Следовательно, гипербола пересекает ось Реферат окружность эллипс гипербола параболав точках Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Положив в уравнение (1) Реферат окружность эллипс гипербола парабола, получим Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а это означает, что система

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

не имеет действительных решений. Следовательно, гипербола не пересекает ось Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

3. Так как в уравнение (1) переменные Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболавходят только в четных степенях, то гипербола симметрична относительно координатных осей, а следовательно, и относительно начала координат.

4. Определим область изменения переменных Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола; для этого из уравнения. (1) находим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Имеем: Реферат окружность эллипс гипербола параболаили Реферат окружность эллипс гипербола парабола; из (3) следует, что Реферат окружность эллипс гипербола парабола— любое действительное число. Таким образом, все точки гиперболы расположены слева от прямой Реферат окружность эллипс гипербола параболаи справа от прямой Реферат окружность эллипс гипербола парабола

5. Из (2) следует также, что

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Это означает, что гипербола состоит из двух ветвей, одна из которых расположена справа от прямой Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а другая слева от прямой Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Гипербола имеет форму, изображенную на рис. 46.

Точки Реферат окружность эллипс гипербола параболапересечения гиперболы с осью Реферат окружность эллипс гипербола параболаназываются вершинами гиперболы. Отрезок Рис. 46.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

соединяющий вершины гиперболы, называется действительной осью. Отрезок Реферат окружность эллипс гипербола парабола, Реферат окружность эллипс гипербола парабола, называется мнимой осью. Число Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается действительной полуосью, число Реферат окружность эллипс гипербола параболамнимой полуосью. Оси Реферат окружность эллипс гипербола параболаявляются осями симметрии гиперболы. Точка Реферат окружность эллипс гипербола параболапересечения осей симметрии называется центром гиперболы. У гиперболы (1) фокусы Реферат окружность эллипс гипербола параболавсегда находятся на действительной оси.

Пример:

Составить уравнение гиперболы, вершины которой находятся в точках Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а расстояние между фокусами равно 14.

Решение:

Имеем: Реферат окружность эллипс гипербола парабола. По формуле Реферат окружность эллипс гипербола параболанаходим Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, искомое уравнение будет

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Составить каноническое уравнение гиперболы с фокусами на оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, если длина ее действительной оси равна 16 и гипербола проходит через точку Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Решение:

Имеем: Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Положив в уравнении (1) Реферат окружность эллипс гипербола парабола, получим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Другие сведения о гиперболе

Асимптоты гиперболы

Определение:

Прямая Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается
асимптотой кривой Реферат окружность эллипс гипербола параболапри Реферат окружность эллипс гипербола парабола, если

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Аналогично определяется асимптота при Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Докажем, что прямые

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

являются асимптотами гиперболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

при Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как прямые (2) и гипербола (3) симметричны относительно координатных осей, то достаточно рассмотреть только те точки указанных линий, которые расположены в первой четверти (рис. 47). Напишем уравнения прямых (2) и гиперболы (3), соответствую*
щие первой четверти:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Положив Реферат окружность эллипс гипербола параболанайдем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, прямые (2) являются асимптотами гиперболы (3).

Отметим, что асимптоты (2) совпадают с диагоналям прямоугольника, стороны которого параллельны осям Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаи равны соответственно Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а его центр находится в начале координат. При этом ветви гиперболы расположены внутри вертикальных углов,
образуемых асимптотами, и приближаются сколь угодно близко к асимптотам (рис.48).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Составить уравнение гиперболы, проходящей через точку Реферат окружность эллипс гипербола параболаи, имеющей асимптоты Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Решение:

Из данных уравнений асимптот имеем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Заменив в уравнении гиперболы переменные Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболакоординатами точки Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаего найденным значением, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, искомое уравнение будет

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Эксцентриситет гиперболы

Определение:

Эксцентриситетом гиперболы называется отношение расстояния между фокусами

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

к длине действительной оси и обозначается буквой Реферат окружность эллипс гипербола парабола:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Из формулы Реферат окружность эллипс гипербола парабола(§ 5) имеем Реферат окружность эллипс гипербола параболапоэтому

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Найти эксцентриситет гиперболы Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Решение:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

По формуле (5) находим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Равносторонняя гипербола

Гипербола называется равносторонней, если длины ее полуосей равны между собой, т. е. Реферат окружность эллипс гипербола парабола. В этом случае уравнение гиперболы принимает вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Равносторонняя гипербола определяется одним пара*
метром Реферат окружность эллипс гипербола параболаи асимптотами являются биссектрисы координатных углов:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

У всех равносторонних гипербол один и тот же эксцентриситет:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как асимптоты равносторонней гиперболы взаимно перпендикулярны, их можно принять за оси новой системы координат Реферат окружность эллипс гипербола параболаполученной в результате поворота осей старой системы вокруг начала координат на угол Реферат окружность эллипс гипербола парабола(рис.49).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Составим уравнение равносторонней гиперболы относительно новой системы координат Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Для этого воспользуемся формулами
(4) § 3 гл. 2:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Положив Реферат окружность эллипс гипербола парабола, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Учитывая равенство (6), получим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (8) называется уравнением равносторонней гиперболы, отнесенной к своим асимптотам.

Из уравнения (8) следует, что переменные Реферат окружность эллипс гипербола парабола— величины обратно пропорциональные. Таким образом, равносторонняя гипербола, отнесенная к своим асимптотам, представляет собой график обратно пропорциональной зависимости.

Пример:

Составить каноническое уравнение
равносторонней гиперболы, проходящей через точку Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Решение:

Заменив в уравнении (6) переменные Реферат окружность эллипс гипербола параболакоординатами точки Реферат окружность эллипс гипербола парабола, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, искомое уравнение будет

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Видео:Лекальные кривые. Эллипс. Парабола. ГиперболаСкачать

Лекальные кривые. Эллипс. Парабола. Гипербола

Парабола и ее каноническое уравнение

Определение:

Параболой называется множество всех точек плоскости, каждая из которых одинаково удалена от данной точки, называемой фокусом, и от данной прямой, не проходящей через данную точку и
называемой директрисой.

Составим уравнение параболы, фокус Реферат окружность эллипс гипербола параболакоторой лежит на оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а
директриса Реферат окружность эллипс гипербола параболапараллельна оси Реферат окружность эллипс гипербола параболаи удалена от нее на такое же расстояние, как и фокус от начала координат (рис.50).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Расстояние от фокуса Реферат окружность эллипс гипербола параболадо директрисы Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается параметром параболы и обозначается через Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Из рис. 50 видно, что Реферат окружность эллипс гипербола параболаследовательно, фокус имеет координаты Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а уравнение директрисы имеет вид Реферат окружность эллипс гипербола парабола, или Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пусть Реферат окружность эллипс гипербола парабола— произвольная точка параболы. Соединим точки
Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаи проведем Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Непосредственно из рис. 50 видно, что

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

а по формуле расстояния между двумя точками

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

согласно определению параболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (1) является искомым уравнением параболы. Для упрощения уравнения (1) преобразуем его следующим образом:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Последнее уравнение эквивалентно

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Координаты Реферат окружность эллипс гипербола параболаточки Реферат окружность эллипс гипербола параболапараболы удовлетворяют уравнению (1), а следовательно, и уравнению (3).

Покажем, что справедливо и обратное: если координаты точки Реферат окружность эллипс гипербола параболаудовлетворяют уравнению (3), то она принадлежит параболе.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Но так как из (3) Реферат окружность эллипс гипербола парабола, и в левой части последнего уравнения можно оставить знак «плюс», т. е. оно является исходным уравнением параболы (1).

Уравнение (3) называется каноническим уравнением параболы.

Исследование формы параболы по ее уравнению

Определим форму параболы по ее каноническому уравнению

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

1. Координаты точки Реферат окружность эллипс гипербола параболаудовлетворяют уравнению (1), следовательно, парабола, определяемая этим уравнением, проходит через начало координат.

2. Так как в уравнение (1) переменная Реферат окружность эллипс гипербола параболавходит только в четной степени, то парабола Реферат окружность эллипс гипербола параболасимметрична относительно оси абсцисс.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Следовательно, парабола Реферат окружность эллипс гипербола параболарасположена справа от оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

4. При возрастании абсциссы Реферат окружность эллипс гипербола параболаордината Реферат окружность эллипс гипербола параболаизменяется от Реферат окружность эллипс гипербола парабола, т. е. точки параболы неограниченно удаляются как от оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, так и от оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Парабола Реферат окружность эллипс гипербола параболаимеет форму, изображенную на рис. 51.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Ось Реферат окружность эллипс гипербола параболаявляется осью симметрии параболы. Точка Реферат окружность эллипс гипербола параболапересечения параболы с осью симметрии называется вершиной параболы. Отрезок Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается фокальным радиусом точки Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

5. Если фокус параболы лежит слева от оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а директриса справа от нее, то ветви параболы расположены слева от оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола(рис. 52, а). Уравнение такой параболы имеет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Координаты ее фокуса будут Реферат окружность эллипс гипербола парабола; директриса Реферат окружность эллипс гипербола параболаопределяется уравнением Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

6. Если фокус параболы имеет координаты Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а директриса Реферат окружность эллипс гипербола параболазадана уравнением Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то ветви параболы направлены вверх (рис. 52,6), а ее уравнение имеет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

7. Наконец, если фокус параболы имеет координаты Реферат окружность эллипс гипербола параболаа директриса Реферат окружность эллипс гипербола параболазадана уравнением Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то ветви параболы направлены вниз (рис. 52, в), а ее уравнение имеет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Дана парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Найти координаты ее фокуса и составить уравнение директрисы.

Решение:

Данная парабола симметрична относительно оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, ветви направлены вверх. Сравнивая данное уравнение с уравнением (3), находим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, фокус имеет координаты Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а уравнение директрисы будет Реферат окружность эллипс гипербола парабола, или Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Пример:

Составить уравнение параболы с вершиной в начале координат, директриса которой задана уравнением Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Решение:

Из условия задачи следует, что парабола симметрична относительно оси Реферат окружность эллипс гипербола параболаи ветви расположены слева от оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, поэтому искомое уравнение имеет вид Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Так как Реферат окружность эллипс гипербола параболаи, следовательно, Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Параллельный перенос параболы

Пусть дана парабола с вершиной в точке Реферат окружность эллипс гипербола парабола, ось симметрии которой параллельна оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола, а ветви направлены вверх (рис. 53).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Требуется составить ее уравнение. Сделаем параллельный перенос осей координат, поместив начало в точке Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Относительно новой системы координат Реферат окружность эллипс гипербола параболапарабола определяется уравнением

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Чтобы получить уравнение данной параболы относительно старой системы, воспользуемся формулами преобразования прямоугольных координат при параллельном переносе;

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Подставив значения Реферат окружность эллипс гипербола параболаиз формул (2) в уравнение (1), получим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Преобразуем это уравнение следующим образом:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

С уравнением параболы вида (5) читатель хорошо знаком по школьному курсу.

Пример 1. Составить уравнение параболы с вершиной в точке Реферат окружность эллипс гипербола параболаи с фокусом в точке Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Решение. Вершина и фокус данной параболы лежат на прямой, параллельной оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола(у них абсциссы одинаковы), ветви параболы направлены вверх (ордината фокуса больше ординаты вершины), расстояние фокуса от вершины равно Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Заменив в уравнении (3) Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболакоординатами точки Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаего найденным значением, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Дано уравнение параболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Привести его к каноническому виду.

Решение:

Разрешив данное уравнение относительно переменной Реферат окружность эллипс гипербола парабола, получим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Сравнивая это уравнение с уравнением (5), находим Реферат окружность эллипс гипербола параболаИз формул (4) имеем: Реферат окружность эллипс гипербола парабола
следовательно, Реферат окружность эллипс гипербола параболаПодставляем найденные значения Реферат окружность эллипс гипербола параболав уравнение (3):

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Положив Реферат окружность эллипс гипербола параболаполучим Реферат окружность эллипс гипербола параболат. е, каноническое уравнение данной параболы.

Уравнения кривых второго порядка как частные случаи общего уравнения второй степени с двумя переменными

Выше было установлено, что уравнение окружности есть частный случай общего уравнения второй степени с переменными Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Покажем, что и канонические уравнения эллипса, гиперболы и параболы являются частными случаями уравнения (1). В самом деле:
1) при Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболауравнение (1) примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

т. е. определяет эллипс;
2) при Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболауравнение (1) примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

т. е. определяет гиперболу;
3) при Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболауравнение (1) примет вид Реферат окружность эллипс гипербола параболат. е. определяет параболу.

Видео:Эллипс, парабола и гипербола. Конические сечения | Ботай со мной #055 | Борис Трушин |Скачать

Эллипс, парабола и гипербола. Конические сечения | Ботай со мной #055 | Борис Трушин |

Дополнение к кривым второго порядка

Пусть задана кривая, определяемая уравнением второй степени

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

где Реферат окружность эллипс гипербола парабола— действительные числа; Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаодновременно не равны нулю. Эта кривая называется кривой второго порядка.

Приведем еще одно определение кривой второго порядка.

Геометрическое место точек плоскости, для которых отношение их расстояний до заданной точки, называемой фокусом, и до заданной прямой, называемой директрисой, есть величина постоянная, равная Реферат окружность эллипс гипербола парабола, является кривой 2-го порядка с эксцентриситетом, равным Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Если Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то кривая второго порядка — эллипс; Реферат окружность эллипс гипербола парабола— парабола; Реферат окружность эллипс гипербола парабола— гипербола.

Эллипс

Эллипсом называется геометрическое место точек плоскости, для которых сумма расстояний до двух фиксированных точек Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаэтой плоскости, называемых фокусами, есть величина постоянная, равная Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Если фокусы совпадают, то эллипс представляет собой окружность.

Каноническое уравнение эллипса: Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Если Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то эллипс расположен вдоль оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола; если Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то эллипс расположен вдоль оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола(рис. 9а, 9б).

Если Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то, сделав замену Реферат окружность эллипс гипербола парабола, перейдем в «штрихованную» систему координат, в которой уравнение будет иметь канонический вид:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Декартова прямоугольная система координат, в которой уравнение эллипса имеет канонический вид, называется канонической.

Точки пересечения эллипса с осями координат называются вершинами эллипса. Расстояния от начала координат до вершин Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаназываются соответственно большой и малой полуосями эллипса.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Центр симметрии эллипса, совпадающий с началом координат, называется центром эллипса.

Если Реферат окружность эллипс гипербола парабола— расстояние от начала координат канонической системы координат до фокусов, то Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Отношение Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается эксцентриситетом эллипса.

Расстояние от произвольной точки Реферат окружность эллипс гипербола парабола, лежащей на эллипсе, до каждого из фокусов является линейной функцией от ее абсциссы, т.е. Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

С эллипсом связаны две замечательные прямые, называемые его директрисами. Их уравнения в канонической системе имеют вид Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Гипербола

Гиперболой называется геометрическое место точек плоскости, для которых абсолютная величина разности расстояний до двух фиксированных точек Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаэтой плоскости, называемых фокусами, есть величина постоянная, равная Реферат окружность эллипс гипербола парабола(рис. 10).

Декартова прямоугольная система координат, в которой уравнение гиперболы имеет канонический вид, называется канонической. Каноническое уравнение гиперболы:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Ось абсцисс канонической системы пересекает гиперболу в точках, называемых вершинами гиперболы. Ось ординат не пересекает гиперболу. Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола параболаназываются вещественной и мнимой полуосями гиперболы. Центр симметрии гиперболы, совпадающий с началом координат, называется центром гиперболы.

Если Реферат окружность эллипс гипербола парабола— расстояние от начала координат канонической системы координат до фокусов гиперболы, то Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Отношение Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается эксцентриситетом гиперболы.

Расстояние от произвольной точки Реферат окружность эллипс гипербола парабола, лежащей на гиперболе, до каждого из фокусов равно Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Гипербола с равными полуосями Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается равносторонней.

Прямые с уравнениями Реферат окружность эллипс гипербола параболав канонической системе называются асимптотами гиперболы.

Прямые Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывают директрисами гиперболы в канонической системе координат.

Парабола

Параболой называется геометрическое место точек плоскости, для которых расстояние до некоторой фиксированной точки Реферат окружность эллипс гипербола параболаэтой плоскости равно расстоянию до некоторой фиксированной прямой, также расположенной в рассматриваемой плоскости (рис. 11).

Указанная точка Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается фокусом параболы, а фиксированная прямая — директрисой параболы.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Система координат, в которой парабола имеет канонический вид, называется канонической, а ось Реферат окружность эллипс гипербола парабола— осью параболы.

Каноническое уравнение параболы:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Парабола проходит через начало канонической системы координат. Эта точка называется вершиной параболы.

Фокус параболы Реферат окружность эллипс гипербола параболаимеет координаты Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Директрисой параболы называется прямая Реферат окружность эллипс гипербола параболав канонической системе координат.

Расстояние от произвольной точки параболы до фокуса Реферат окружность эллипс гипербола параболаравно Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Видео:11 класс, 52 урок, ЭллипсСкачать

11 класс, 52 урок, Эллипс

Пример задачи решаемой с применением кривых второго порядка

Линия задана уравнением Реферат окружность эллипс гипербола параболав полярной системе координат. Требуется: 1) построить линию по точкам, начиная от Реферат окружность эллипс гипербола параболадо Реферат окружность эллипс гипербола параболаи придавая значения через промежуток Реферат окружность эллипс гипербола парабола; 2) найти уравнение данной линии в декартовой прямоугольной системе координат, у которой начало совпадает с полюсом, а положительная полуось абсцисс — с полярной осью, привести его к каноническому виду; 3) по уравнению в декартовой прямоугольной системе координат определить, какая это линия.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Решение:

1) Вычисляя значения Реферат окружность эллипс гипербола параболас точностью до сотых при указанных значениях Реферат окружность эллипс гипербола парабола, получим таблицу:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Используя полученные табличные значения, построим кривую в полярной системе координат (рис. 17).

2) Используя формулы перехода

Реферат окружность эллипс гипербола параболаиз полярной в декартовую систему координат, получим: Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Возведем левую и правую части в квадрат: Реферат окружность эллипс гипербола параболаВыделим полный квадрат и приведем к каноническому виду: Реферат окружность эллипс гипербола парабола, где Реферат окружность эллипс гипербола парабола

3) Это эллипс, смещенный на Реферат окружность эллипс гипербола параболавдоль оси Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Ответ: эллипс Реферат окружность эллипс гипербола парабола, где Реферат окружность эллипс гипербола парабола

На этой странице размещён краткий курс лекций по высшей математике для заочников с теорией, формулами и примерами решения задач:

Возможно вам будут полезны эти страницы:

Видео:Овчинников А. В. - Аналитическая геометрия - Эллипс, гипербола, параболаСкачать

Овчинников А. В. - Аналитическая геометрия - Эллипс, гипербола, парабола

Кривая второго порядка и её определение

Название: Кривые второго порядка эллипс, окружность, парабола, гипербола
Раздел: Рефераты по математике
Тип: реферат Добавлен 18:40:40 24 сентября 2011 Похожие работы
Просмотров: 3021 Комментариев: 11 Оценило: 12 человек Средний балл: 4.3 Оценка: 4 Скачать
Кривая второго порядка — это некоторая линия на плоскости, которая в декартовой системе координат задается общим уравнением

Окружность и ее уравнение

Окружностью называется геометрическое место точек, одинаково удаленных от одной точки, называемой центром.

Пользуясь этим определением, выведем уравнение окружности. Пусть радиус ее равен r, а центр находится в точке

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

О1(а; b). Возьмем на окружности произвольную точку М(х; у) (рис. 27).

По формуле расстояния между двумя точками можем написать:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

или, после возведения обеих частей равенства в квадрат,

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как точка М нами взята произвольно, а радиус r — величина постоянная, то равенство (1) справедливо для всех точек окружности, т. е. координаты любой ее точки удовлетворяют этому равенству. А если так, то равенство (1) нужно рассматривать как уравнение окружности.

В уравнении (1) а и bкоординаты центра окружности, а х и утекущие координаты.

Если положить а = 0, то уравнение (1) обратится в следующее:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и будет определять окружность с центром на оси Оу (рис. 28).

При b = 0 уравнение (1) примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и будет определять окружность с центром на оси Ох (рис. 29).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Наконец, при а = 0 и b = 0 уравнение (1) преобразуется в следующее:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и будет определять окружность с центром в начале координат (рис. 30).

Можно построить окружность, имея ее уравнение. Пусть, например, требуется построить окружность

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Перепишем это уравнение в следующем виде:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

сравнивая это уравнение с(1), видим, что координаты центра окружности суть (2; — 3) и радиус ее r = 3. Построив

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

точку О1(2;—3), опишем из нее радиусом, равным 3 единицам масштаба, искомую окружность (рис. 31).

Уравнение окружности как частный вид общего уравнения второй степени

Раскрыв скобки в уравнении (1) , можем написать:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Умножив все члены последнего равенства на А, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда уравнение (1) окружности примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (2) является частным случаем общего уравнения второй степени с двумя переменными. В самом деле, сравним уравнение (2) с общим уравнением второй степени с двумя переменными, имеющим, как известно, следующий вид:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Мы видим, что уравнение (2) отличается от уравнения (3) только тем, что у первого коэффициенты при х2 и у2 одинаковы и отсутствует член, содержащий произведение ху.

Таким образом, окружность определяется общим уравнением второй степени с двумя переменными, если в нем коэффициенты при х2 и у2 равны между собой и отсутствует член с произведением ху.

Обратно, уравнение вида (2), вообще говоря, определяет окружность. Убедимся в этом на примере. Пусть дано уравнение

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Перепишем его в следующем виде:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и преобразуем двучлены, стоящие в скобках, в полные квадраты суммы и разности, прибавив к первому 4, ко второму 16. Чтобы равенство при этом не нарушилось, увеличим и правую часть его на сумму 4+16. Получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Последнее равенство является уравнением окружности, имеющей радиус, равный 5, и центр в точке О1(-2; 4).

Бывают однако случаи, когда уравнение (2) при некоторых значениях коэффициентов не определяет окружности; например, уравнению

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

удовлетворяют координаты единственной точки (0; 0), а уравнению

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

не удовлетворяют координаты ни одной точки, так как сумма квадратов действительных чисел не может иметь отрицательного значения.

Пример:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и хорда Реферат окружность эллипс гипербола параболаНайти длину этой хорды.

Решение:

Так как концы хорды являются общими точками окружности и хорды, то их координаты удовлетворяют как уравнению первой, так и уравнению второй линии. Поэтому, чтобы найти эти координаты, нужно решить совместно уравнения окружности и хорды. Подставив значение

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

в уравнение окружности, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Находим значение у:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Итак, концами хорды служат точки с координатами (4; 3) и (6; 1).

По формуле расстояния между двумя точками можем определить искомую длину хорды

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Эллипс и его уравнение

Эллипсом называется геометрическое место точек, сумма расстояний каждой из которых от двух данных точек, называемых фокусами, есть величина постоянная (и болыиая, чем расстояние между фокусами).

Пусть, например, на эллипсе взяты точки М1, M2, M3, М4 и т. д. (рис. 32). Если фокусы обозначить через F и F1, то согласно данному определению можно написать:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Геометрическое место точек, обладающих вышеуказанным свойствам (1), и есть эллипс.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

На основании определения эллипса составим его уравнение. Для этого выберем систему координат следующим образом. За ось Ох примем прямую, проходящую через фокусы F и F1, а за ось Оу — прямую перпендикулярную

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

к FF1 и проведенную через середину отрезка FF1 (рис. 33). Обозначим расстояние F1F между фокусами через 2с, тогда координаты фокусов будут:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Возьмем на эллипсе произвольную точку М(х;у). Обозначим постоянную величину суммы расстояний каждой точки от фокусов через 2а, тогда

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

По формуле расстояния между двумя точками найдем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Теперь равенство (2) перепишется следующим образом:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и будет представлять уравнение эллипса в принятой системе координат.

Упростим уравнение (3). Для этого перенесем один из радикалов в правую часть уравнения:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Возведем обе части этого равенства в квадрат:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Приведем подобные члены:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Сократив на 4 и снова возведя в квадрат обе части равенства, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Перенесем все члены, содержащие х и у, в левую часть равенства, остальные члены — в правую:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Но согласно определению эллипса

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Из последнего неравенства следует, что Реферат окружность эллипс гипербола параболаа потому эту разность можно обозначить через Реферат окружность эллипс гипербола параболаПодставив это обозначение в равенство (4), найдем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Наконец, разделим все члены последнего равенства на Реферат окружность эллипс гипербола параболаокончательно получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

где х и у — текущие координаты точек эллипса, а

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (6) и есть простейший вид уравнения эллипса *).

*) Уравнение (6) получилось в результате двукратного возведения в квадрат уравнения (3), благодаря чему, вообще говоря, возможно появление посторонних корней. Можно показать, что уравнение (6) не имеет посторонних корней, т. е. любая точка, координаты которой удовлетворяют уравнению (6), лежит на эллипсе.

Исследование уравнения эллипса

Определим сначала у из уравнения (5) :

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Из того же уравнения (5) найдем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Рассмотрим теперь равенства (1) и (2).

I. Пусть

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

*) | х | означает, что х берется по абсолютной величине; таким образом, запись | х | Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Тогда каждому значению у, как мы видим из равенства (2), отвечают два значения х равные по абсолютной величине, но с разными знаками. Отсюда следует, что каждому значению у соответствуют на эллипсе две точки, симметричные относительно оси Оу.

Из сказанного заключаем: эллипс Реферат окружность эллипс гипербола парабола симметричен относительно координатных осей.

II. Найдем точки пересечения эллипса с осью Ох. Пусть

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда из равенства (2) имеем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Отсюда следует: эллипс пересекает ось Ох в двух точках, координаты которых (а; 0) и (— а; 0) (точки А и А1 на рис. 34).

III. Найдем точки пересечения эллипса с осью Оу. Пусть

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда из равенства (1) имеем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Отсюда заключаем, что эллипс пересекает ось Оу в двух точках, координаты которых (0; b) и (0; —b) (точки В и В1 на рис. 35).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

IV. Пусть х принимает такие значения, что

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда выражение под корнем в равенстве (1) будет отрицательным, и, следовательно, у будет иметь мнимые значения. А это значит, что не существует точек эллипса, абсциссы которых удовлетворяют условию (3), т. е. эллипс расположен внутри полосы, заключенной между прямыми х = + а и х = — а (рис. 34, прямые КL и РQ).

Если же положить

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

то из равенства (2) получим для х мнимые значения. Это говорит о том, что точки, удовлетворяющие условию (4), на эллипсе не лежат, т. е. эллипс заключен между прямыми у = + b и у = — b (рис. 35, прямые РК и QL .

Из сказанного следует, что все точка эллипса лежат внутри прямоугольника, стороны которого параллельны координатным осям и имеют длины, равные 2а и 2b, а диагонали пересекаются в начале координат (рис. 36).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Эллипс имеет форму, показанную на рис. 37, Точки A,, A1, В и В1 называются вершинами эллипса, а точка Оего центром. Отрезок А1А = 2а называется его большой осью, а отрезок В1В = 2bмалой осью, Отрезки и F1М носят название фокальных радиусов точки М.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Эксцентриситет эллипса

Эксцентриситетом эллипса называется отношение расстояния между его фокусами к длине большой оси, т. e.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Эксцентриситет обычно обозначают буквой е. Таким образом,

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Но согласно формуле (7)

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Поэтому для определения эксцентриситета может служить

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как 0 а уравнение (6) представляет эллипс, фокусы которого лежат на оси Оу; в этом случае его большая ось равна 2 b , а малая 2 а . В соответствии с этим формула (7) и формулы (1) и (2) настоящей лекции примут такой вид:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Определить длину его осей, координаты вершин и фокусов, а также величину эксцентриситета.

Решение:

Разделив обе части данного уравнения на 400, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Итак, большая ось эллипса Реферат окружность эллипс гипербола параболаа малая

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Координаты вершин его будут:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Чтобы найти координаты фокусов, нужно узнать величину Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Из равенства (7) имеем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, координаты фокусов будут:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Наконец, по формуле (1) настоящей лекции находим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Связь эллипса с окружностью

Положим, что полуоси эллипса равны между собой, т. е. а = b, тогда уравнение эллипса примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Полученное уравнение, как известно, определяет окружность радиуса, равного а.

Посмотрим, чему будет равен эксцентриситет в этом случае; полагая в формуле (2)

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Отсюда заключаем, что окружность есть частный случай эллипса, у которого полуоси равны между собой, а следовательно, эксцентриситет равен нулю.

Гипербола и ее уравнение

Гиперболой называется геометрическое место точек, разность расстояний каждой из которых от двух данных точек, называемых фокусами, есть величина постоянная (эта постоянная берется по абсолютному значению, причем она меньше расстояния между фокусами и не равна нулю).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пусть, например, точки М1, М2, M3, М4 лежат на гиперболе, фокусы которой находятся в точках F и F1 (рис. 39). Тогда, согласно данному выше определению, можно написать:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пользуясь определением гиперболы, выведем ее уравнение.

Примем за ось Ох прямую, проходящую через фокусы F и F1 (рис. 40), а за ось Оу — прямую, перпендикулярную к отрезку F1F и делящую его пополам.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Положим F1F = 2c тогда координаты фокусов будут

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Возьмем на гиперболе произвольную точку М(х; у) и обозначим величину разности расстояний каждой точки от фокусов через 2а; тогда

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

По формуле расстояния между двумя точками найдем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и, заменив в равенстве (2) F1М и их выражениями, напишем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Это и есть уравнение гиперболы относительно выбранной системы координат, так как оно согласно равенствам (1) справедливо для любой ее точки.
*) Знак + берется в случае, если F1М > , и знак —, если F1М Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Возведем обе части уравнения в квадрат:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Приведем подобные члены:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Сократив на 4, снова возведем в квадрат обе части уравнения; получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Перенесем в левую часть члены, содержащие х и у, а остальные члены в правую:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Согласно определению гиперболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

При условии (5) разность Реферат окружность эллипс гипербола параболаимеет только положительное значение, а потому ее можно обозначить через Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Сделав это в равенстве (4), получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Разделив последнее равенство на Реферат окружность эллипс гипербола параболанайдем окончательно:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

где х и у— текущие координаты точек гиперболы, а

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Равенство (7) представляет собой простейший вид уравнения гиперболы *).

*) Как и в случае эллипса, можно показать, что уравнение (7) равносильно уравнению (3), т. е. не имеет посторонних корней.

Исследование уравнения гиперболы

Из уравнения (6) имеем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Из этого же уравнения (6) находим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Исследуем уравнения (1) и (2) для выяснения геометрической формы гиперболы.

I. Найдем точки пересечения гиперболы с осью Ох. Для этого полагаем, у = 0 и из уравнения (2) получаем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Отсюда следует: гипербола пересекает ось Ох в двух точках, координаты которых (а; 0) и (— а; 0) (рис. 41, точки А и А1).

II. Положим в уравнении (1)

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда у получит мнимое значение, а это значит, что на гиперболе нет точек, удовлетворяющих условию (3). Следовательно, в полосе между прямыми х = + а и х = — а (прямые KL и РQ на рис. 41) нет точек гиперболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

III. Пусть

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда из равенства (1) найдем для каждого х два действительных значения у, равных по абсолютной величине, но с противоположными знаками. А это значит, что каждому значению х, удовлетворяющему неравенству (4), соответствуют на нашей кривой две точки, симметричные относительно оси Ох.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, гипербола Реферат окружность эллипс гипербола параболасимметрична относительно оси Ох.

С другой стороны, для каждого значения у из равенства (2) найдем два действительных значения х, равных по абсолютной величине, но противоположных по знаку, т. е. каждому значению у на гиперболе соответствуют две точки, симметричные относительно оси Оу.

Следовательно, гипербола Реферат окружность эллипс гипербола парабола 1 симметрична относительно оси Оу.

IV. Если в уравнении (1) давать х значения, заключенные между +a и Реферат окружность эллипс гипербола параболато величина у будет изменяться от 0 до : Реферат окружность эллипс гипербола параболат. е. в этом случае каждому значению х соответствуют на кривой две точки, симметричные относительно оси Ох и отстоящие друг от друга тем дальше, чем больше величина абсциссы. Таким образом, можно сказать, что гипербола имеет бесконечную ветвь, расположенную справа от прямой х = с.

Если же давать х значения, заключенные между — а и Реферат окружность эллипс гипербола парабола, то у будет изменяться опять от 0 до Реферат окружность эллипс гипербола параболаа это значит, что, как в предыдущем случае, гипербола имеет бесконечную ветвь, но идущую влево от прямой х = — а. Итак, гипербола есть кривая, состоящая из двух ветвей, простирающихся в бесконечность.

Из всего изложенного следует, что гипербола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

состоит из двух симметричных относительно оси Оу бесконечных ветвей, одна из которых расположена справа от

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

прямой х = + а, а другая слева от прямой х = — а. Каждая из этих ветвей симметрична относительно оси Ох (рис. 42).

Точки А(а; 0) и А1(- а; 0) называются вершинами гиперболы, а точка О (0; 0) — ее центром.

Отрезок АА1 = 2а носит название действительной или вещественной оси гиперболы в отличие от оси ВВ1 = 2b, называемой мнимой *).

*) Отрезок ВВ1 = 2b называется мнимой осью, так как на нем нет точек гиперболы.

Отрезки F1М и фокальные радиусы точки М.

Эксцентриситет гиперболы

Эксцентриситетом гиперболы называется отношение расстояния между фокусами к длине вещественной оси, т. е. Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Эксцентриситет гиперболы, так же как и для эллипса, обозначается буквой е:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Но согласно равенству (8)

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

поэтому формулу (1) можно представить в следующем виде:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как для гиперболы с > а , то дробь

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

а потому эксцентриситет гиперболы больше единицы.

Асимптоты гиперболы

Построим на осях гиперболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

прямоугольник LQRS со сторонами, равными 2а и 2b и проведем его диагонали LR и QS продолжив их по обе стороны (рис. 43).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Прямая LR проходит через начало координат, поэтому ее уравнение будет:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Но угловой коэффициент

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Заменив в уравнении (1) Реферат окружность эллипс гипербола параболанайденным его значением, получим уравнение прямой LR в следующем виде:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Прямая QS также определяется уравнением (1), но угловой коэффициент ее будет уже другой, а именно:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Таким образом, уравнение прямой QS будет:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Обычно уравнения (2) и (3) записывают следующим образом:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Между прямыми, представленными уравнениями (4), и гиперболой существует связь; выясним ее.

Решим совместно способом подстановки уравнения (4) и

уравнение гиперболы Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

что невозможно, так как Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Таким образом, прямые (4) х2 уа

и гипербола Реферат окружность эллипс гипербола параболане имеют общих точек, т. е. прямые (4) не пересекают гиперболу.

Возьмем на прямой LR и на гиперболе точки М и N, расположенные в первом координатном углу и имеющие одну и ту же абсциссу. Ординатой точки М служит РМ; обозначим ее через Y в отличие от ординаты точки N которую обозначим буквой у. Из уравнения (2) можно написать:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Из уравнения гиперболы имеем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и посмотрим, как она будет изменяться при возрастании абсциссы. Для этого умножим и разделим правую часть последнего равенства на выражение Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пусть величина х в равенстве (5) бесконечно возрастает, тогда знаменатель дроби также бесконечно растет, а сама дробь уменьшается, приближаясь к нулю. Таким образом, гипотенуза и, следовательно, катет NT в прямоугольном треугольнике МNТ стремится к нулю. Из сказанного делаем вывод: при неограниченном возрастании абсциссы х гипербола приближается к прямой LR как угодно близко, нигде ее не пересекая.

Так как прямые LR и QS, а также точки гиперболы симметричны относительно оси Ох, то можно сказать, что и часть гиперболы, расположенная в четвертом координатном углу, как угодно близко подходит к прямой QS , нигде ее не пересекая.

Вывод, сделанный для правой ветви гиперболы, справедлив и для ее левой ветви благодаря той же симметричности прямых (4) и гиперболы относительно координатных осей.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

называются асимптотами гиперболы.

Из сказанного в настоящей лекции можно сделать заключение, что гипербола расположена всеми своими точками внутри вертикальных углов, образуемых асимптотами, и нигде не выходит за их границы. Этим обстоятельством можно воспользоваться для построения гиперболы в случае, если не требуется точного, а достаточно только приближенного ее изображения; для этого, нарисив асимптоты, нужно провести плавную кривую линию, постепенно приближая ее к асимптотам.

Пример:

Дана гипербола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Узнать, лежит ли точка A(2; 1,5) на какой-либо ее асимптоте.

Решение:

Из данного уравнения имеем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, уравнения асимптот будут:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как точка А лежит согласно условию в первом координатном углу, то она может принадлежать только асимптоте, определяемой уравнением

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Подставив в него вместо х и у координаты точки А, получим тождество:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Значит, точка А лежит на указанной асимптоте гиперболы.

Равносторонняя гипербола

Если в уравнении гиперболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

положим а = b то это уравнение примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (1) определяет гиперболу, у которой полуоси равны между собой. Такая гипербола называется равносторонней. Уравнения асимптот в этом случае будут:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

так как отношение

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Как видно из уравнения (2), угловые коэффициенты асимптот равны + 1 и —1 . Если обозначить углы, образуемые асимптотами с положительным направлением оси Ох, соответственно через а и а1 (рис. 44), то

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Следовательно, угол между асимптотами будет:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Отсюда заключаем: асимптоты равносторонней гиперболы взаимно перпендикулярны.

Уравнение равносторонней гиперболы, отнесенной к асимптотам

Так как асимптоты равносторонней гиперболы взаимно перпендикулярны, то их можно принять за оси прямоугольной системы координат и рассматривать гиперболу по отношению к этим новым осям. Выведем уравнение равносторонней гиперболы для этого случая.

Пусть дана равносторонняя гипербола. Тогда ее уравнение по отношению к координатным осям Ох и Оу (рис. 45)

выразится, как было пока-* у зано в , в виде

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Взяв на гиперболе произвольную точку М (х; у) и построив ее координаты, будем иметь:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Примем теперь за оси координат асимптоты гиперболы: ОХ— за ось абсцисс, ОY — за ось ординат. Опустив перпендикуляр МС на новую ось абсцисс, найдем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Выразим новые координаты X н Y точки М через старые х и у. Для этого из точки А проведем Реферат окружность эллипс гипербола параболаи Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Обратим внимание на то, что в образовавшихся прямоугольных треугольниках АМВ и АОD

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

как углы, образованные взаимно перпендикулярными прямыми. Но

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Из рисежа имеем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Перемножив равенства (2) и (3) и приняв во внимание равенство (1), получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Положим для краткости

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда равенство (4) перепишется так:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

где m— постоянная величина.

Таково уравнение равносторонней гиперболы, если за оси координат принять ее асимптоты.

Как видно из уравнения (5), переменные X и Y — величины обратно пропорциональные, а потому можно сказать, что равносторонняя гипербола ху = m представляет собой график обратно пропорциональной зависимости между переменными величинами.

Парабола и ее простейшее уравнение

Параболой называется геометрическое место точек, каждая из которых одинаково удалена от точки, называемой фокусом, и от прямой, называемой директрисой <при условии, что фокус не лежит на директрисе).

Пусть точки М1 М2, М3, М4 лежат на параболе (рис. 46).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Если точка F изображает фокус, а прямая АВ— директрису, то согласно данному выше определению можем написать:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Выведем уравнение параболы, пользуясь ее определением. Для этого выберем систему координат, приняв за ось Ох прямую, проведенную через точку F (фокус) перпендикулярно к директрисе АВ, а за

ось Оу — прямую, проходящую через середину отрезка КF перпендикулярно к последнему (рис. 47). Обозначим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда координаты фокуса F будут Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Возьмем на параболе произвольную точку М(x; у) расстояния ее от фокуса F и от директрисы АВ будут выражаться соответственно отрезками и МN. Согласно определению параболы, можем написать:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Применяя формулу расстояния между двумя точками и приняв во внимание, что точка N имеет координаты Реферат окружность эллипс гипербола парабола, найдем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Заменив и МN в равенстве (1) их выражениями, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Это и есть уравнение параболы относительно выбранной системы координат, так как оно справедливо для любой ее точки.

Упростим уравнение (2). Для этого возведем обе части его в квадрат:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Приведя подобные члены, получим простейшее уравнение параболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

*) Можно показать, что уравнение (3) равносильно уравнению (2). Величина р называется параметром параболы.

Исследование уравнения параболы

Из уравнения (3) найдем:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Исследуем уравнение (1) для выяснения геометрической формы нашей кривой, полагая р > 0.

I. Положим

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Отсюда следует: парабола Реферат окружность эллипс гипербола параболапроходит через начало координат.

II. Если х 0, то у имеет два действительных значения, равных по абсолютной величине, но с разными знаками. Это значит, что каждому положительному значению х на параболе соответствуют две точки, расположенные симметрично относительно оси Ох.

Следовательно, парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола симметрична относительно оси Ох.

IV. Пусть х неограниченно возрастает, тогда и Реферат окружность эллипс гипербола параболабудет неограниченно расти, т. е. точки параболы с перемещением вправо от оси Оу неограниченно удаляются вверх и вниз от оси Ох.

Итак, парабола Реферат окружность эллипс гипербола параболасостоит из бесконечных ветвей.

Вышеизложенное позволяет представить параболу, как показано на рис. 48.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Точка О называется вершиной параболы, отрезок фокальным радиусом точки М параболы, а бесконечная прямая Ох является ее осью симметрии.

Если директрису параболы поместить справа от начала координат, то фокус и ветви ее расположатся как показано на рисеже 49.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

При этом абсциссы точек параболы будут удовлетворять условию

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

а потому ее уравнение примет вид:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Парабола может быть симметрична и относительно оси Оу в этом случае фокус ее будет лежать па оси ординат, а директрисой будет прямая, параллельная оси Ох. Как видно при этом условии координатные оси поменяются ролями, и уравнение параболы примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

если ветви ее направлены вверх (рис. 50), и

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

если ветви направлены вниз (рис. 51).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Найти координаты ее фокуса и написать уравнение директрисы.

Решение:

Данная парабола симметрична относительно оси Ох и расположена направо от оси Оу. Из уравнения находим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Расстояние фокуса от начала координат равно Реферат окружность эллипс гипербола парабола, поэтому абсцисса фокуса будет Реферат окружность эллипс гипербола параболаИтак, фокус находится в точке

Директрисой служит прямая, параллельная оси Оу и отстоящая от последней на расстоянии Реферат окружность эллипс гипербола параболаСледовательно,

уравнение директрисы параболы будет х = — 3.

Пример:

Фокус параболы с вершиной в начале координат лежит в точке F(0; —4). Написать уравнение этой параболы.

Решение:

Согласно условию данная парабола симметрична относительно оси Оу, а ветви ее направлены вниз, поэтому искомое уравнение найдется из (3). Так как

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и уравнение параболы будет:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение параболы со смещенной вершиной и осью, параллельной оси Оу

Возьмем уравнения параболы (2) и (3) и запишем их в следующем виде:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Положив в уравнении (1)

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (2) определяет параболу, ветви которой направлены вверх, если А > О, вниз, если А Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Возьмем на параболе произвольную точку М(х; у). Опустив из нее перпендикуляр МР на ось Ох, будем иметь:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Проведем через О1 прямые О1Х и QY, параллельные координатным осям Ох и Оу, и положим временно, что прямые О1Х и О1Y служат осями новой системы координат. Обозначим координаты точки М в этой системе через X и Y, т. е.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение параболы в новой системе координат напишется следующим образом:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Чтобы найти ее уравнение относительно прежних осей Ох и Оу, нужно X и Y выразить через х и y. Так как

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Подставив в уравнение (3) найденные значения X и Y, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Упростим уравнение (4); для этого раскроем в нем скобки.

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда уравнение (5) примет вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Это—уравнение параболы с вершиной, лежащей в любой точке плоскости, и с осью симметрии, параллельной оси Оу.

Рассмотрим частные случаи.

Пусть абсцисса вершины параболы a = 0; тогда величина В в равенстве (6) также будет нулем и уравнение (8) примет следующий вид:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Полученное уравнение определяет параболу, у которой вершина лежит на оси Оу, являющейся в то же время и ее осью симметрии (рис. 53).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Положим, что одна из точек параболы (исключая ее вершину) лежит в начале координат; тогда координаты (0; 0) должны удовлетворять уравнению (8). Заменив в нем х и у нулями, найдем С=0. В этом случае уравнение (8) получит вид

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

и будет определять параболу, проходящую через начало координат (рис. 54).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Заметим, что и уравнение (2) можно рассматривать как частный случай уравнения (8). Действительно, положив в равенствах (6) и (7)

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

вследствие чего уравнение (8) преобразуется в следующее:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Из сказанного следует, что парабола, у которой ось симметрии параллельна оси Оу или совпадает с ней, определяется уравнением

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

при любых значениях А, В и С, кроме А = 0.

Убедимся на примере, что справедливо и обратное утверждение: всякое уравнение вида (8) определяет параболу с осью симметрии, параллельной оси Оу.

Пусть дано уравнение

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Преобразуем его следующим образом:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

тогда уравнение (10) примет вид:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (11) имеет такой же вид, как и уравнение (2), поэтому оно, а следовательно, и уравнение (9) определяют параболу, у которой ось симметрии параллельна оси Оу.

Для построения параболы, определяемой уравнением вида (8), можно использовать обычный прием, применяемый для вычерчивания графиков функций, а именно: дав х ряд значений, вычислить значения у, а затем, построив точки по найденным координатам, провести через них плавную линию.

Пример:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Решение:

Прежде всего найдем абсциссы точек пересечения данной параболы с осью Ох; положив у = 0, получим:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Так как найденные точки симметричны относительно оси параболы, то вершина последней, находясь на этой оси, имеет 0 + 4 0

абсциссу, равную Реферат окружность эллипс гипербола параболаордината же ее

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Этих трех точек достаточно для приближенного изображения параболы.

Для более точного ее представления нужны дополнительные точки. Составим следующую таблицу:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Построив эти точки и прозедя через них плавную линию, получим искомую параболу (рис. 55).

Пример:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Решение:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

мнимые, а потому ось Ох не пересекает данную параболу. В этом случае следует найти абсциссы точек пересечения параболы с прямой

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

(-1 — свободный член данного уравнения параболы)

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Решая для этой цели систему уравнений

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Полученные точки симметричны относительно оси параболы, поэтому абсцисса ее вершины равна Реферат окружность эллипс гипербола параболаордината же ее

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Присоединим к этим точкам несколько дополнительных точек. Составим таблицу:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Конические сечения

Окружность, эллипс, гипербола и парабола определяются, как мы установили в предыдущих лекциях уравнениями второй степени относительно текущих координат; поэтому их называют кривыми второго порядка. Они были известны еще древним грекам, которые изучали эти кривые, рассматривая их как результат сечения прямого кругового конуса плоскостью в следующих четырех случаях.

I. Секущая плоскость перпендикулярна к оси конуса; в сечении получается окружность (рис. 57).

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

II. Секущая плоскость образует с осью конуса угол, не равный 90°, и пересекает все его образующие по одну сторону от вершины S; в сечении получается эллипс (рис. 58).

III. Секущая плоскость параллельна какой-либо образующей конуса; при этом получается кривая, называемая параболой (рис. 59).

IV. Секущая плоскость пересекает обе полости конуса; при этом получаются две бесконечные ветви, образующие гиперболу (рис. 60).

Окружность, эллипс, гипербола и парабола называются коническими сечениями.

Конические сечения изучались в древности исключительно геометрическим путем, что представляло большие трудности, и только со времени Декарта, давшего метод координат, изучение их значительно упростилось.

Видео:7.1. Кривые второго порядка. Окружность. Эллипс. ГиперболаСкачать

7.1. Кривые второго порядка. Окружность. Эллипс. Гипербола

Кривая второго порядка и её вычисление

Уравнение линии. Кривые второго порядка. Окружность. Эллипс. Гипербола. Парабола. Приведение к каноническому виду.

Уравнение линии в декартовых и полярных координатах

В лекции 3 было введено понятие неявной функции, задаваемой уравнением вида F(x,y) = 0.

Определение 6.1. Множество точек плоскости, координаты которых удовлетворяют некоторому уравнению
(6.1) F(x;y) = 0
называется линией (плоской кривой).

Не всякое уравнение определяет линию. Например, уравнение x² + y² = -1 не определяет никакой линии. Кроме того, линия может состоять из отдельных точек. Так, например, уравнению x² + y² = 0 удовлетворяет только начало координат.

Линия не обязательно является графиком функции. Так, например, уравнение x² + y² = 1 определяет окружность с центром в начале координат и радиуса 1 (т.к. d = Реферат окружность эллипс гипербола парабола= 1, расстояние от начала координат равно 1). Однако это не будет графиком функции у от х, т.к. каждому х, |x| ≤ 1, соответствует два значения у: у = ±Реферат окружность эллипс гипербола парабола, т.е. линия задается двумя функциями у = Реферат окружность эллипс гипербола парабола(верхняя полуокружность) и у = — Реферат окружность эллипс гипербола парабола(нижняя полуокружность).

Уравнение произвольной окружности с центром в точке M(a;b) и радиусом R будет иметь вид:
(6.2) (х — а)² + (у- b)² = R²,
т.к. окружность радиусом R есть геометрическое место точек плоскости, находящихся на расстоянии R от центра, т.е. в соответствии с формулой ( 6.2) d = Реферат окружность эллипс гипербола парабола= R.

В частности, окружность с центром в начале координат, радиусом R, описывается уравнением
x² + y² = R².

Пример 6.1. Какую линию описывает уравнение x² + y² = Rx?

Решение: Перенося Rx в левую часть и выделяя полный квадрат, получаем:
x² + y² = Rx ⇔ X2 — Rx + у² = 0 ⇔ x² — Rx + Реферат окружность эллипс гипербола парабола
(х — Реферат окружность эллипс гипербола парабола) + y² = Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Ответ: данное уравнение описывает окружность с центром в точке M(Реферат окружность эллипс гипербола парабола;0) и радиусом Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Линия может определяться на плоскости уравнением как в декартовых, так и в полярных координатах: F(Реферат окружность эллипс гипербола парабола; r) = 0. Если при этом зависимость r от Реферат окружность эллипс гипербола параболаобладает тем свойством, что каждому значению Реферат окружность эллипс гипербола параболаиз области определения соответствует единственное значение r, то данная линия будет графиком функции r от Реферат окружность эллипс гипербола парабола: r = f(Реферат окружность эллипс гипербола парабола).

Пример 6.2. Построить график функции, заданной в полярных координатах уравнением r = 2 sin3Реферат окружность эллипс гипербола парабола, Реферат окружность эллипс гипербола парабола∈ (—∞; ∞).

Решение: Составим таблицу некоторых значений этой функции:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола0Реферат окружность эллипс гипербола параболаРеферат окружность эллипс гипербола параболаРеферат окружность эллипс гипербола параболаРеферат окружность эллипс гипербола параболаРеферат окружность эллипс гипербола параболаРеферат окружность эллипс гипербола параболаРеферат окружность эллипс гипербола парабола
r01Реферат окружность эллипс гипербола парабола2Реферат окружность эллипс гипербола парабола10-2

Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 70. График функции r = 2 sin 3 Реферат окружность эллипс гипербола параболав декартовых координатах

Далее, пользуясь тем, что из вида графика функции r = 2 sin 3Реферат окружность эллипс гипербола парабола, приведенного в декартовых координатах на рис. 70, следует, что неотрицательные значения г повторяются на промежутках Реферат окружность эллипс гипербола парабола∈ [0; Реферат окружность эллипс гипербола парабола], Реферат окружность эллипс гипербола парабола∈ [Реферат окружность эллипс гипербола парабола;π], Реферат окружность эллипс гипербола парабола∈ [-Реферат окружность эллипс гипербола парабола;Реферат окружность эллипс гипербола парабола] и т. д.. Отсюда заключаем, что если в полярных координатах построить график в секторе Реферат окружность эллипс гипербола парабола∈ [0; Реферат окружность эллипс гипербола парабола], то в секторах Реферат окружность эллипс гипербола парабола∈ [Реферат окружность эллипс гипербола парабола; π], Реферат окружность эллипс гипербола парабола∈ [— Реферат окружность эллипс гипербола парабола; Реферат окружность эллипс гипербола парабола] и т. д. вид графика будет аналогичный, а в секторах Реферат окружность эллипс гипербола парабола∈ (Реферат окружность эллипс гипербола парабола; Реферат окружность эллипс гипербола парабола), Реферат окружность эллипс гипербола параболаРеферат окружность эллипс гипербола парабола;0) и т.д. графика не будет, т.к. там r Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 71. График функции r = 2 sin 3 Реферат окружность эллипс гипербола параболав полярных координатах

Такой график называют называют “трехлепестковая роза”.

Кривые второго порядка:

Определение 6.2. Кривой второго порядка называется линия, определяемая в декартовых координатах уравнением:
(6.3) Ax² + 2Bxy + Cy² + 2Dx + 2Ey + F = O.

Здесь коэффициенты — действительные числа и, по крайней мере, одно из чисел A₁B или C не равно нулю. Удобство таких обозначений для коэффициентов (2В, 2D, 2Е) станет ясно позже.

Всего существует три ’’реальных” кривых второго порядка: эллипс, (окружность — частный случай эллипса) гипербола и парабола, не считая такие линии, как ’’пара пересекающихся прямых” (ху = 0), «пара параллельных прямых” ((x — у)² — 4), ’’точка” ((x — 5)² + (у — 1)² = 0), ’’прямая” (х — 1)² = 0) и ’’мнимые кривые” (x² + y² + 5 = 0), которым не соответствует ни одна точка.

Окружность

Ранее было получено уравнение ( 6.2) окружности с центром в точке M(а; b), радиусом R. Это уравнение вида ( 6.3), т.е. окружность есть кривая второго порядка — можно показать, что уравнение (6.3), в котором A = C и B = O c помощью дополнения до полного квадрата каждой группы членов Ax² + 2Dx и By² + 2Еу приводится к виду (6.2), определяющему окружность радиуса R, или к виду: (х — а)² + (у — b)² = -R², не определяющему линию при R ≠ 0. Покажем это на примере.

Пример:

Показать, что уравнение 2x² + 2y² — 4x + 8y — 13 = 0 определяет окружность.

Решение: Поделив обе части на 2, получим уравнение в виде: x² + y² — 2x + 4y — 6,5 = 0 или, выделяя полный квадрат: (x² — 2х + 1) + (у² + 4y + 4) = 11,5 ⇔ (х — 1)² + (у + 2)² =11,5. Мы получим уравнение окружности с центром M(1; —2) и радиусом R = √11,5.

Пример:

Показать, что уравнение х² + у² + 6х — 6у + 22 = 0 не определяет никакой линии.

Решение:

Аналогично предыдущему, выделяя полный квадрат, получаем: х² + у² + 6х — 6у + 22 = 0 ⇔ (х² + 6х + 9) + (у² — 6у + 9) = — 4 ⇔ (x + 3)² + (y — 3)² =-4.

Эллипс

Определение:

Эллипсом называется множество всех точек плоскости, сумма расстояний каждой из которых от двух данных точек этой плоскости, называемых фокусами, равна постоянной величине.

Обозначим фокусы F₁ и F₁, расстояние между ними 2с, а сумму расстояний до них от точек эллипса через 2а (2а > 2с). Выберем декартову систему координат как показано на рис. 72. По определению эллипса: MF₁ + MF₂ = 2а. Пользуясь формулой (2.6) получаем:
Реферат окружность эллипс гипербола парабола
Реферат окружность эллипс гипербола парабола
Реферат окружность эллипс гипербола парабола
Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 72. Фокусы эллипса и гиперболы

Обозначив b² = a² — с² > 0, получаем: b²x² + a²y² — a²b² или:
(6.4) Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение ( 6.4) называется каноническим уравнением эллипса, а и b — полуосями, а — большая полуось, b — малая, т.к. b = Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 73. Эллипс

Так как 2а > 2с, то ε т.е. тем меньше эллипс вытянут вдоль фокальной оси Ох. В пределе, при ε → 0,a = b и получается окружность x² + у² = а² радиусом а При этом с = Реферат окружность эллипс гипербола парабола= 0, т.е. F₁ — F₂ = 0. Если эллипс расположен так, что центр его симметрии находится в точке P(x₀; y₀), а полуоси параллельны осям координат, то, перейдя к новым координатам X = х — х₀, У = у — у₀, начало которых совпадает с точкой Р, а оси параллельны исходным (см. п. 2.8), получим, что в новых координатах эллипс описывается каноническим уравнением Реферат окружность эллипс гипербола параболаУравнение такого эллипса в старых координатах будет:
(6.5) Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Гипербола

Определение 6.4. Гиперболой называется множество всех точек плоскости, модуль разности расстояний каждой из которых от двух данных точек этой плоскости, называемых фокусами, равен постоянной величине.

Обозначим фокусы F₁ и F₂, расстояние между ними 2с, а модуль разности расстояний до них от точек гиперболы через 2a (2c > 2a > 0). Выберем декартову систему координат, как показано на рис. 72. По определению гиперболы: MF₁ — MF₂ = ±2а. Пользуясь формулой (2.6), аналогично тому, как это было сделано для эллипса, получаем:
Реферат окружность эллипс гипербола парабола= ±2a ⇒ (а² — c²)x² + a²y² = a²(a² — с²). Обозначив b² = с² — a² > 0 (сравните с выводом формулы ( 6.4) для эллипса), получаем: -b²x² + a²y² = -b²a², или:
Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение (6.6) называется каноническим уравнением гиперболы, а и b — полуосями, а — действительной полуосью, b — мнимой. Так как х и у входят в уравнение только в четных степенях, гипербола симметрична относительно осей Ox и Оу. Выразив у из уравнения ( 6.6), получаем: Реферат окружность эллипс гипербола парабола, |x| ≥ а, что означает, что гипербола состоит из двух симметричных половин, верхней у = Реферат окружность эллипс гипербола параболаи нижней у = — Реферат окружность эллипс гипербола парабола. При х = а у = 0, при возрастании х от 0 до +∞, у для верхней части возрастает от 0 до +∞. C учетом симметрии, получаем линию, изображенную на рис. 74.

Точки пересечения гиперболы с осью Ox (фокальной осью) называются ее вершинами A₂(а;0), A₁(-a;0). C осью ординат гипербола не пересекается, поэтому фокальная ось называется действительной осью (а — действительная полуось), а перпендикулярная ей ось — мнимой осью (b — мнимая полуось). Можно показать, что при неограниченном возрастании абсциссы точка гиперболы неограниченно приближается к прямой у = Реферат окружность эллипс гипербола парабола(изображена на рис. 74 пунктиром). Такая прямая, к которой неограниченно приближается некоторая линия, называется асимптотой. Из соображений симметрии вытекает, что у гиперболы две асимптоты: у = Реферат окружность эллипс гипербола параболаи у =-Реферат окружность эллипс гипербола парабола, изображенные на рис. 74 пунктиром. Прямоугольник, с центром в начале координат, со сторонами 2а и 2b, параллельными осям, называется основным. Асимптоты являются его диагоналями.

Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 74. Гипербола

Отношение Реферат окружность эллипс гипербола параболаназывается эксцентриситетом гиперболы. Т.к. 2α 1. Эксцентриситет определяет форму гиперболы: чем меньше е, тем более вытянут в направлении фокальной оси ее основной прямоугольник (Реферат окружность эллипс гипербола парабола= Реферат окружность эллипс гипербола парабола= Реферат окружность эллипс гипербола парабола— 1 = ε² — 1). Если а = b, гипербола называется равносторонней (равнобочной). Для нее х² — у² = а², асимптоты: у = х, у = —х, ε = Реферат окружность эллипс гипербола парабола= √2. Если центр гиперболы (центр ее симметрии) находится в точке P(x₀; y₀), a оси параллельны осям координат, то, применяя параллельный перенос координат (п. 2.8), аналогично тому, как это было сделано для эллипса, получим уравнение гиперболы:
(6.7) Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Уравнение асимптот такой гиперболы будет: у — y₀ =Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Парабола

Определение:

Параболой называется множество всех точек плоскости, равноудаленных от данной точки F, называемой фокусом, и данной прямой d, называемой директрисой (F ∉ d).

Обозначим расстояние от фокуса до директрисы р. Эта величина называется параметром параболы. Выберем декартову систему координат как показано на рис. 75.

По определению параболы MF=MN. Из рис. 75. ясно, что:

Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 75. Фокус и директриса параболы

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Приравнивая, получаем:
Реферат окружность эллипс гипербола парабола
(6.8) у² = 2рх

Уравнение ( 6.8) называется каноническим уравнением параболы. Т.к. у входит в уравнение в четной степени, парабола симметрична относительно оси Ох. Выразив у из уравнения, получаем: у = Реферат окружность эллипс гипербола парабола, х ≥ 0. При х =0 у = 0, при возрастании х от 0 до +∞ у для верхней части возрастает от 0 до +∞. C учетом симметрии получаем линию, изображенную на рис. 76.

Ось симметрии параболы называется фокальной осью (ось Ox на рис. 76), точка пересечения пораболы с ней называется вершиной пораболы (точка О на рис. 76). Если вершина параболы находится в точке P(x₀; у₀), фокальная ось параллельна и одинаково направлена с осью Ox и расстояние от директрисы до фокуса равно Р, то с помощью параллельного переноса осей координат нетрудно получить уравнение такой параболы:
(6.9) (y — y₀)² = 2p(x -х₀)

Пример:

Найти фокус, директрису, фокальную ось для параболы у= 4x².

Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 76. Парабола

Решение:

Как известно, осью симметрии параболы у = х² является ось Оу, а вершиной — точка О, поэтому фокальной осью будет ось Оу, вершиной — начало координат.

Для определения фокуса и директрисы запишем уравнение данной параболы в виде: x² = Реферат окружность эллипс гипербола параболаy, откуда 2р =Реферат окружность эллипс гипербола парабола; р =Реферат окружность эллипс гипербола парабола. Поэтому фокус имеет координаты F(0; Реферат окружность эллипс гипербола парабола), а директриса — уравнение у = — Реферат окружность эллипс гипербола парабола(см. рис. 77).

Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 77. График параболы у = 4х²

Понятие о приведении общего уравнения второго порядка к каноническому виду

Если в общем уравнении кривой второго порядка ( 6.3)
Ax² + 2Bxy + Cy² + 2Dx + 2Ey +F = 0
коэффициент 2B ≠ 0, то методами, которые будут изложены позже (лекция 34) это уравнение преобразуется к виду, в котором отсутствует член с произведением координат (т.е. 2В — 0).

Для приведения к каноническому виду уравнения ( 6.3), в котором 2В = 0, необходимо дополнить члены, содержащие х и у, до полных квадратов.

Если при этом (В = 0) А = С, то получится окружность (пример 6.3), точка или мнимая окружность (пример 6.4).

Если при этом (В = 0) A ≠ C и A ∙ C > 0, то получится эллипс (пример 6.8) или мнимый эллипс.

Если при этом (В = 0) A ≠ C и A ∙ C Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 78. Гипербола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Приведите к каноническому виду уравнение и определите вид кривой: x² — 6x — 4y + 29 = 0.

Решение:

Выделим полный квадрат: x² — 6x — 4y + 29 = 0 ⇔ x² — 6x + 9 = 4y — 20 ⇔ (x — 3)² = 4(у — 5). Сделав замену координат X =х — 3, Y = у — 5 мы получим каноническое уравнение параболы X² = 4Y с осью OY и параметром р = 2. Таким образом исходная парабола имела вершину A(3; 5) и ось х = 3 параллельную оси Oy (рис. 79).

Пример:

Приведите к каноническому виду уравнение и определите вид кривой: x² + 4y² + 2x — 24y + 21 =0.

Решение:

Выделив полный квадрат, получим уравнение: (x + 1)² + 4(у — 3)² = 16. Сделав замену координат: X = х + 1, Y = y — 3, получим каноническое уравнение эллипса: X² + AY² ⇔ Реферат окружность эллипс гипербола парабола= 1 с параметрами а = 4, b = 2. Таким образом, исходный эллипс имел центр A( —1;3) и полуоси а = 4, b = 2 (рис. 80).

Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 79. Решение примера 6.7 Реферат окружность эллипс гипербола параболаРис. 80. Решение примера 6.8

Видео:Лекция 31.2. Кривые второго порядка. Гипербола.Скачать

Лекция 31.2. Кривые второго порядка. Гипербола.

Решение заданий на тему: Кривые второго порядка

Пример:

Составьте уравнение окружности, имеющей центр 0(2; —5) и радиус R = 4.

Решение:

В соответствии с формулой (6.2) искомое уравнение имеет вид: (х — 2)² + (у + 5)² = 16.

Ответ: (х — 2)² + (у + 5)² = 16.

Пример:

Составьте уравнение эллипса, зная, что сумма полуосей равна 8 и расстояние между фокусами равно 8.

Решение:

Из условия имеем: a + b = 8, 2c = 8. C учетом того, что b² = а² — с², находим с = 4, а = 5, b = 3. Искомое уравнение эллипса будет: Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Ответ: Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Пример:

Составьте уравнение гиперболы, зная, что фокусы F₁(10;0) и F₂(-10; 0) и что гипербола проходит через точку M(12; 3√5)

Решение:

Из условия имеем: с = 10, |MF₁ — MF₂|= 2а ⇔ 2а = Реферат окружность эллипс гипербола параболаа = 8. C учетом того, что b² = с² — а², находим а = 8, с = 10, b = 6. Искомое уравнение гиперболы будет: Реферат окружность эллипс гипербола парабола.
Ответ: Реферат окружность эллипс гипербола парабола.

Пример:

Составьте уравнение параболы, зная, что фокус имеет координаты (5;0), а ось ординат является директрисой.

Решение:

Поскольку расстояние от директрисы параболы до ее полюса равно параметру р, а вершина находится на середине, из условия следует, что р = 5 и вершина расположена в точке A(2,5;0). Таким образом, в новых координатах X = х — 2,5; У = у каноническое уравнение параболы будет: Y² = 10Х, а в старых координатах: у² = 10(х — 2,5).
Ответ: y² = 10x — 25.

Пример:

Приведите к каноническому виду уравнение x² + y² — 2х + 6у — 5 = 0, определите вид кривой и ее параметры.

Решение:

Выделим полный квадрат: х² — 2х + у² + 6у — 5 = 0 ⇔ x² — 2x + 1 + у² + 6у + 9 — 1 — 9 — 5 = 0 ⇔ (х — 1)² + (у + 3)² = 15

В соответствии с формулой (6.2) это есть уравнение окружности с центром в точке A(1; -3), радиусом √5.
Ответ: (х — 1)² + (у + 3)² = 15.

Пример:

Приведите к каноническому виду уравнение x² + 4у² + 4х — 16у — 8 = 0, определите вид кривой и ее параметры:

Решение:

Выделим полный квадрат: x² + 4х + 4у² — 16y -8 = 0 ⇔ x²+4x + 4 + 4y²- 16y + 16-4-16-8 = 0 ⇔ (x + 2)² + 4(y²-4у+ 4) -28 ⇔ (х + 2)² + 4(y — 2)² = 28 ⇔ Реферат окружность эллипс гипербола парабола= 1. Сделав замену координат: X = x +2, Y = у — 2, в новых координатах получим уравнение эллипса Реферат окружность эллипс гипербола параболас полуосями а = √28 и b = √7. Таким образом, в старых координатах эллипс имеет центр A(—2; 2) и полуоси а = 2√7 и b = √7.
Ответ: Реферат окружность эллипс гипербола парабола= 1.

Пример:

Приведите к каноническому виду уравнение x² + 2y² + 8x — 4 = 0, определите вид кривой и ее параметры.

Решение:

Выделим полный квадрат:
x²+2y²+8x-4 = 0 ⇔ x²+8x+16+2y²-16-4 =0 ⇔ (x+4)²+2y2-20 = 0 ⇔ Реферат окружность эллипс гипербола парабола=1

Сделав замену координат X = х + 4, Y — у, убеждаемся, что эта кривая — эллипс, с полуосями a = 2√5 и b = √10 и центром A(-4;0).
Ответ: Реферат окружность эллипс гипербола парабола=1

Решение заданий и задач по предметам:

Дополнительные лекции по высшей математике:

Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола Реферат окружность эллипс гипербола парабола

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

🌟 Видео

Аналитическая геометрия: окружность и эллипсСкачать

Аналитическая геометрия: окружность и эллипс

Кривые второго порядкаСкачать

Кривые второго порядка

Аналитическая геометрия, 7 урок, Линии второго порядкаСкачать

Аналитическая геометрия, 7 урок, Линии второго порядка

Кривые второго порядка. Эллипс. Приведение к каноническому виду и чертежСкачать

Кривые второго порядка. Эллипс. Приведение к каноническому виду и чертеж

Алгебра и геометрия 9. Эллипс. Гипербола. ПараболаСкачать

Алгебра и геометрия 9. Эллипс. Гипербола. Парабола

Лекция 31.3. Кривые второго порядка. Парабола.Скачать

Лекция 31.3. Кривые второго порядка. Парабола.

Графики функций|Парабола, прямая и гиперболаСкачать

Графики функций|Парабола, прямая и гипербола
Поделиться или сохранить к себе: