Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Saprikina_Analit_geometr

.pdf
Скачиваний:
31
Добавлен:
15.02.2015
Размер:
2.44 Mб
Скачать

Криві другого порядку на площині. Коло, еліпс, гіпербола

61

 

 

y = 13 = −1, C (2; 1). Остаточно одержимо рівняння кола

C

2

 

(x + 2)2 + (y +1)2 = 20 .

Задача3. Заданарівностороннягіпербола x2 y2 = 8 . Знайтирівняння еліпса, фокуси якого знаходяться у фокусах гіперболи, якщо відомо, що еліпс проходить через точку A(4; 6).

Розв'язання. Виходячиізвзаємногорозташуваннягіперболитаеліп-

са, рівняння останнього будемо шукати у вигляді

x2

+

y2

= 1 (a > b).

a2

b2

 

 

 

Для еліпса, як і для гіперболи, відстань від центра до фокусів

c =

8 + 8 = 4.

 

Запишемо співвідношення для еліпса a2 b2 = c2 = 16.

Точка

 

A(4; 6)

належить еліпсу, отже

16

+

36

 

= 1

 

16b2 + 36a2 = a2b2.

 

a2

b2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

2

b

2

=16,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Маємо систему рівнянь відносно а2

і b2:

 

36a2 +16b2 = a2b2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

2

= b

2

+16,

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

= 64, b

= 48. Остаточноодержиморівнян-

 

b4

36b2 + 576 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ня еліпса

 

x2

+

 

y2

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64

48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 4. Центром гіперболи є точка C (5; 0), один з фокусів збігається з початком координат. Знайти рівняння гіперболи, якщо відо-

мо, щовонавідтинаєвідосіординатхорду, довжинаякоїдорівнює 92 .

62

Аналітичнагеометрія

 

 

 

 

 

 

 

 

Розв'язання. Оскільки центр та фокус гіперболи знаходяться на осі

абсцис, то рівняння гіперболи матиме вигляд

(x + 5)2

y2

= 1, причому

a2

b2

с = 5 (рис. 5.13).

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

З умови знайдемо точку

 

9

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

B 0;

,

 

0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

B

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

яка належить гіперболі, та складемо

C (− 5; 0)

 

 

 

 

O

 

 

x

систему

 

рівнянь

 

відносно

а2 і

b2:

 

 

 

 

 

 

 

25

 

81

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.13

 

 

 

 

 

 

a

2

 

 

2 =1,

 

a

2

=16, b

2

= 9 . Шукане

 

 

 

 

 

 

 

16b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

2

+ b

2

= 25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рівняннягіперболи (x + 5)2

y2

 

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РІВЕНЬ В

Задача1. ДанокоординативершинтрикутникаОАВ: O (0; 0), A(2; 2), B (2; 2). Точка М рухається так, що сума квадратів її відстаней від трьох сторін трикутника залишається сталою і такою, що дорівнює 16. Знайти траєкторію точки М.

Розв'язання. Рівняння сторони трикутника OA: y = x; OB : y = = − x; AB : y = 2. Виберемо точку M (x; y) зі змінними координатами

шуканоїмножиниточок; MM1 , MM2 , MM3 – відстанівідточкиМдо сторін ОА, ОВ, АВ відповідно (рис. 5.14). За умовою задачі

MM1

 

2 +

 

MM2

 

2 +

 

MM3

 

2 = 16; MM1 =

x y

, MM2 =

x + y

,

 

MM3

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

= y 12 . Перейдемо до координат: (x y)2 + (x + y)2 + 2(y 2)2 = 32.

Післяперетвореньодержиморівнянняеліпса x2 + (y 1)2 =1. 4 7

Криві другого порядку на площині. Коло, еліпс, гіпербола

63

 

 

Задача 2. Дві залізничні станції А і В знаходяться на відстані 2с км одна від одної. Зі станції А в пункт N вантаж можна перевезти напряму автотранспортом або залізницею до станції В, а звідти автомобілями (рис. 5.15). При цьому залізничний тариф (ціна перевезення 1 т на 1 км) складає m ум. од., вантажні роботи (за 1 т) – k ум. од., тариф автотранспорту – n ум. од. (n < m). Визначити зону впливу станції В, тобто множинуточок, зякихдешевшеперевозитивантажмішанимшляхом: залізницею, а потім автотранспортом.

 

y

 

 

 

 

M (x; y)

B (2; 2)

 

 

A(2; 2)

y = 2

 

M3

M1

M2

 

1

 

1

O

1

x

y = x

 

y = −x

 

 

Рис. 5.14

 

 

y

M (x; y)

 

 

 

 

 

r1

r2

N

A(c; 0)

O

B(c; 0)

x

Залізниця

 

 

 

Рис. 5.15

Розв'язання. Знайдемо множину точок M (x; y), для яких обидва шляхи "однаково вигідні", тобто таких, при яких вартість доставки вантажу P1 = r1 n прямим шляхом дорівнює вартості доставки P2 = 2c m +

+ k + r2 n

 

мішаним шляхом:

P1 = P2

r1 n = 2c m + k + r2 n r1 r2 =

=

k + 2cm

= const , де r = AM

і r = BM

– ділянки шляхів автотранс-

 

 

 

 

 

n

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

порту. Отже, множиною точок, для яких P1 = P2, є права вітка гіперболи

(r

 

 

> r )

x2

y2

= 1, де a =

k + 2cm

, b = c2 a2 ; A(c; 0) і B (c; 0)

 

 

 

 

 

 

1

2

a2

 

b2

2n

 

фокуси гіперболи. Для точок площини, які знаходяться справа від цієї вітки, P1 > P2, тобтовигіднішимємішанийшлях, адляточок, якілежать зліва, – прямийавтомобільний. Прававіткагіперболиємежеюзонивпливу станціїВ.

64

 

 

 

 

Аналітичнагеометрія

 

 

 

Завдання для самостійного розв'язання

 

 

 

 

 

РІВЕНЬ А

 

 

Задача1. Скластирівняннякола, діаметромякогоєвідрізокАВпря-

мої

x

+ y

= 1 між осями координат (рис. 5.16).

 

6

4

 

 

 

 

 

y

 

 

 

Задача2. Меридіанземноїкулімаєфор-

 

 

 

 

му еліпса, відношення осей якого дорівнює

 

 

 

 

 

 

B (0; 4)

 

 

299/300. Визначити ексцентриситет земного

 

 

 

меридіана.

 

 

 

 

C (xC ; yC )

 

Задача3. Установити, щорівняння 4x2

 

 

 

 

 

3y2 8x +12 y 32 = 0 визначає гіперболу,

O

 

A(6; 0)

x

знайти координати її центра, півосі, фокуси,

 

 

 

 

ексцентриситеттарівнянняасимптот. Побу-

 

 

Рис. 5.16

 

дуватигіперболу.

 

 

 

 

 

 

 

Задача 4. Побудувати лінію x = −5 2

8 + 2 y y2 .

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

РІВЕНЬ Б

 

Задача 1. Точка B1 (3; 1) є кінцем малої осі еліпса, фокуси якого лежать на прямій y + 6 = 0. Скласти рівняння цього еліпса, знаючи його

ексцентриситет ε = 22 .

Задача 2. На гіперболі

x2

y2

= 1

взято точку С, абсциса якої до-

25

24

 

 

 

 

рівнює10, а ординатадодатна. Обчислитифокальнірадіусицієїточкита гострийкутміжними.

Задача 3. Рівняння асимптот гіперболи y = ± 12 x, одна з її точок

M (12; 3 3). Скластирівняннягіперболи.

Криві другого порядку. Парабола

65

 

РІВЕНЬ В

Задача 1. Дано два джерела світла: А з інтенсивністю світла І та

В з інтенсивністю пІ( n > 1, n

N ), розташовані на відстані 2b одинвід

одного. Знайти точки, однаково освітлені обома джерелами.

Задача 2. У точці N, що ближча до пункту В, розташована ворожа батарея. На постах спостережень А і В звуки її вибухів чути неодночасно: напостуАпізнішеТсекундами, ніжнапостуВ(АВ= 2с). Яквизначити ворожу батарею?

Практичне заняття № 6

Криві другого порядку. Парабола

Короткі теоретичні відомості

Параболоюназиваєтьсягеометричнемісцеточокнаплощині, рівновіддалених від даної точки F, яка називається фокусом, та прямої d, що називається директрисою. Вважається, що F d.

Парабола з вершиною в початку координат, яка симетрична віднос-

но осі Ox, має канонічне рівняння

y2 = 2 px .

Вона зображена на

рис. 6.1,а. Число

p > 0 – параметр параболи, який дорівнює відстані

 

p

 

x = −

p

 

 

2

 

від фокуса F

 

; 0 до директриси

 

.

Рівняння y

 

= − 2 px ;

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 = 2 py; x2 = − 2 py визначаютьпараболи, інакшеорієнтованівідносно координатних осей(див. рис. 6.1,б–г).

Примітка. Рівняннявигляду (y y0 )2 = 2 p(x x0 ) визначаєпараболу(див. рис. 6.1,д), яка паралельно зміщена відносно системи координат Oxy таким чином, що вершина параболи знаходиться в точці M 0 (x0 ; y0 ), вісь – паралельна осіОх.

66

Аналітичнагеометрія

 

 

Директриса

р

 

2

х = − 2р

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

Директриса

 

 

 

 

 

у2 = 2рх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

Фокус

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

; 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

0

 

 

 

 

0

 

 

 

р

 

 

х

 

 

 

 

 

 

 

х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

; 0

 

 

 

 

 

 

 

р

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х =

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фокус

у2 = – 2рх

у = − 2р

у

х = х0 2р

р

2

у0

Директриса

х0

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

х2 = 2ру

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

Директриса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

; 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

2

 

 

 

р

 

 

 

 

у =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

Фокус

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р0

 

 

 

 

 

х

0

 

 

 

 

 

 

х

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Директриса

 

 

 

F

 

; 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х2 = – 2ру

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

Фокус

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(у – у

)2 = 2р(х – х

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.1

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F х0

 

 

;

y0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

х

 

Криві другого порядку. Парабола

67

 

 

Завдання для аудиторної роботи

РІВЕНЬ А

Задача 1. Скласти рівняння параболи, вершинаякоїзбігається зпочатком координат, якщо:

1) вісь симетрії параболи збігається з віссю Ох, а фокус знаходиться в точці F (5; 0);

2)параболасиметричнавідносноосіОу, аїїдиректрисамаєрівняння y +1 = 0;

3)парабола симетрична відносно осі Ох та проходить через точ-

ку A(1; 3);

4)параболарозташованавнижнійпівплощинісиметричновідносно

осі Оу, а її параметр p = 34 .

Розв'язання

1. Рівнянняпараболимаєвигляд y2 = 2 px (див. рис. 6.1,а). Відстань

від вершини до фокуса

p

= 5

y2 = 20x.

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Канонічне рівняння цієї параболи x2 = 2 py (див. рис. 6.1,б).

Відстаньвідвершинидодиректриси

p

=1 x2 = 4 y – шуканерівняння.

 

2

 

 

 

y2 = − 2 px (див.

 

 

 

 

 

 

3. Рівняння параболи будемо шукати у вигляді

рис. 6.1,в). Оскільки парабола проходить через точку

A(1; 3), то 9 =

= − 2 p(1). Отже, рівнянняпараболи y2 = −9x.

4. Рівнянняцієїпараболибудемативигляд x2 = − 32 y (див. рис. 6.1,г).

Задача2. Знайтирівнянняпараболитаїїдиректриси, якщопарабола проходить через точки перетину прямої у – х = 0 і кола х2 + у2 + 8х = 0 та симетрична відносно осі Ох.

68

Аналітичнагеометрія

 

 

 

 

Розв'язання. Точкиперетинупрямої y x = 0 ікола x2 + y2 + 8x = 0

 

 

y x = 0,

Маємо точки O (0; 0)

знайдемо розв'язуючи систему

x2 + y2 + 8x = 0.

та A(4; 4). Оскільки парабола симетрична відносно осі Ох, проходить через початок координат і точка А лежить у третій чверті, то її

рівняннямаєвигляд y2 = − 2 px. Підставляючи востаннєрівняннякоординати точки А, знаходимо р = 2. Отже, шукане рівняння параболи

y2 = − 4x, арівняння директриси x −1 = 0.

Задача3. ЗнайтиточкуперетинузвіссюОхпараболи, фокусомякої є точка F (2; 1), а директрисою пряма x 3 = 0.

Розв'язання. Рівнянняпараболибудемошукатиувигляді (y y0 )2 = = − 2 p(x x0 ), оскільки вісь параболи перпендикулярна до директриси,

отже паралельна осі Ох. У точці A(3; 1) вісь параболи перетинає директрису (рис. 6.2).

уВершина параболи т. C (x0 ; y0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

єсерединоювідрізкаFA, томут. C

 

 

 

;1 .

 

 

2

1

F

A (3; 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

2

x Параметр параболи p =

 

FA

 

= 1.

Отже,

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

рівнянняпараболи (y −1)

= − 2 x

 

 

.

 

 

2

Рис. 6.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поклавши в це рівняння y = 0, знайдемо

 

 

2

 

 

 

 

 

 

5

 

координатиточкиB перетинупараболизвіссюОх: (0 −1) = − 2 x

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B(2; 0).

Криві другого порядку. Парабола

69

 

 

Задача4. Установити, щокожнезнаступнихрівняньвизначаєпараболутазнайтикоординатиїївершиниС, фокусаF, величинупараметрар

та рівняння директриси d: 1) x2 = 6 4 y; 2) y2 2x 2 y 5 = 0.

Розв'язання

 

 

1. Зведемо дане рівняння до вигляду (x x0 )2 = ± 2 p(y y0 ): x2 =

= 6 4 y

 

2

 

3

 

x

 

= − 4 y

 

. Отже, маємо параболу з вершиною в точ-

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ці C

0;

 

, віссюсиметріїякоїєвісьOy, авіткинапрямленівниз. Параметр

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

5

 

 

 

 

 

p = 2 , томуфокус F

0;

2

, арівняннядиректриси y

 

 

= 0

 

(рис. 6.3,а).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Зведемо рівняння до вигляду (y y0 )2 = ± 2 p(x x0 ):

y2 2 y =

= 2x + 5

 

(y 1)2 1 = 2x + 5 (y 1)2 = 2(x + 3). Отримаємо рівняння

параболи з вершиною в точці C (3;1) і параметром

 

p = 1. Віссю си-

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

y

5

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

C

 

 

 

0

x

 

F

1

 

 

 

 

 

 

7

– 3

 

0

x

 

2

 

 

 

 

а

б

Рис. 6.3

70 Аналітичнагеометрія

метріїданоїпараболиєпряма y 1 = 0, віткинапрямленівправо. Фокус

 

 

 

5

 

 

 

7

 

 

(див. рис. 6.3,б).

 

F

 

;1

, рівняннядиректриси x +

 

= 0

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача5. Установити, якілініївизначаютьсярівняннямитапобуду-

вати їх: 1)

y = −3 2x; 2) x = 2 6 + 2 y .

 

 

 

 

 

Розв'язання

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Область визначення рівняння y = −3 2x:

x

0, Піднесемо до

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

0.

квадрата обидві частини даного рівняння: y2 = (32x )2 = 9 (2x)=

= −18x. Остаточно y2 = −18x . Останнє рівняння визначає параболу

з вершиноювпочаткукоординат, розташованувлівійпівплощинісиметричновідносноосіOx (див. рис. 6.1,б). Заобластювизначенняграфіком

рівняння y = −32x буделишечастинапараболи y2 = −18x, розташована в третій чверті (рис. 6.4,а).

у

у

5

– 2

0

х

– 2

0

2 х

 

– 1

 

– 6

– 3

 

 

 

а

 

б

Рис. 6.4

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]