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

821

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
09.01.2024
Размер:
5.5 Mб
Скачать

Запишем координаты точек и : (− 2 ; ), (2 ; 0). С учётом это-

го запишем расстояние между точками и по формуле расстояния между двумя точками:

= = √( − (− 2))2 + ( − )2 = √( + 2)2.

Аналогично найдём расстояние между точками и :

= = √( − 2)2 + ( − 0)2 = √( − 2)2 + 2.

По определению параболы = . На основании этого можно запи-

сать:

√( − 2)2 + 2 = √( + 2)2.

Возведём обе части равенства в квадрат:

( − 2)2 + 2 = ( + 2)2.

Преобразуем:

2 − + 42 + 2 = 2 + + 42 ,= .

Полученное уравнение называется каноническим (простейшим)

уравнением параболы.

4.3. Форма параболы

Проанализируем полученное каноническое уравнение и установим форму параболы.

1)Так как при замене на каноническое уравнение параболы не меняется, то парабола симметрична относительно оси .

2)Найдём точки пересечения параболы с осями координат.

Для нахождения точки пересечения с осью возьмём = 0 и подставим в уравнение параболы. Получаем: 02 = 2 , = 0, то есть парабола пересекает ось в точке: (0; 0).

Для нахождения точки пересечения с осью возьмём = 0 и подставим в уравнение параболы. Получаем: 2 = 2 ∙ 0, = 0, то есть парабола пересекает ось в точке: (0; 0). Точка (0; 0) называется вершиной параболы.

Таким образом, парабола пересекает обе оси в начале координат.

3)Из канонического уравнения параболы следует, что ≥ 0, поэтому парабола расположена справа от оси .

4)Если возрастает, то по модулю также возрастает.

4.4. Построение параболы

На основании проведённого исследования изобразим параболу. Сначала построим фокус параболы: точку (2 ; 0) и построим директрису:

191

прямую, заданную уравнением = − 2 . Затем «на глаз» отметим точку с

неотрицательной абсциссой так, чтобы расстояние от этой точки до фокуса было равно расстоянию от этой же точки до директрисы. Затем проведём одну линию из начало координат через точку и вторую линию, симметричную первой относительно оси (рис. 4.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

= − 2

Рис. 4.2. Форма параболы, заданной уравнением 2 = 2

Уравнение = − также является каноническим (простейшим) уравнением параболы, симметричной относительно оси , с вершиной в начале координат и расположенной слева от оси . В этом случае фокус

(−

 

; 0) и директриса задана уравнением =

 

(рис. 4.3).

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

Рис. 4.3. Форма параболы, заданной уравнением 2 = −2

Уравнение = тоже является каноническим (простейшим)

уравнением параболы, симметричной относительно оси , с вершиной в

192

начале координат и расположенной выше оси . В этом случае фокус(0; 2) и директриса задана уравнением = − 2 (рис. 4.4).

2

2

 

 

 

= −

 

 

 

2

 

Рис. 4.4. Форма параболы, заданной уравнением 2 = 2

Уравнение = − тоже является каноническим (простейшим)

уравнением параболы, симметричной относительно оси , с вершиной в начале координат и расположенной ниже оси . В этом случае фокус

(0; − 2) и директриса задана уравнением = 2 (рис. 4.5).

= 2

2

2

Рис. 4.5. Форма параболы, заданной уравнением 2 = −2

Если уравнение параболы записано в виде ( − 0)2 = 2( − 0)2, то его можно привести к каноническому уравнению с помощью формул

преобразования координат при параллельном сдвиге осей: { = − 0,= − 0.

Здесь (; ) – новое начало координат; – старая система координат, ′ ′ – новая система координат; , – старые координаты; , – новые координаты. Подставим в уравнение параболы формулы преобразования координат. Получаем: ′2 = 2′2. Вершина такой параболы нахо-

дится в точке ( 0; 0) (рис. 4.6).

Уравнение параболы, записанное в виде

( − ) = ( − ) ,

называют нормальным уравнением параболы. Оно представляет параболу с вершиной в точке ( 0; 0), осью симметрии, параллельной оси абсцисс и ветвями, направленными вправо.

193

 

 

0

2 2

0

= 0 2

Рис. 4.6. Форма параболы, заданной уравнением ( − 0)2 = 2 ( − 0)

Аналогично можно записать остальные нормальные уравнения параболы:

( − ) = − ( − ) – парабола с вершиной в точке ( 0; 0), осью симметрии, параллельной оси абсцисс и ветвями, направленными

влево;

( − ) = ( − ) – парабола с вершиной в точке ( 0; 0), осью симметрии, параллельной оси ординат и ветвями, направленными

вверх;

( − ) = − ( − ) – парабола с вершиной в точке ( 0; 0), осью симметрии, параллельной оси ординат и ветвями, направленными

вниз.

4.5.Эксцентриситет параболы

Впредыдущих главах, посвящённых эллипсу и гиперболе, была рассмотрена теорема о постоянстве отношения расстояния от произвольной точки эллипса или гиперболы до фокуса к расстоянию от этой же точки до соответствующей этому фокусу директрисы. Это отношение равно эксцентриситету эллипса или гиперболы. Это свойство можно положить в основу определения этих кривых. Положим это же свойство в основу определения параболы. Так как для параболы отношение расстояния от произвольной точки до фокуса равно расстоянию от этой же точки до директрисы, то экс-

центриситет параболы равен 1: = 1.

Пример 4.1. Составить каноническое или нормальное уравнение па-

раболы с вершиной в точке и параметром , если фокус параболы лежит на оси абсцисс (ординат) или на прямой, параллельной этой оси:

1) (0; 0), = 5. Ветви направлены вправо.

194

2)(0; 0), = 3. Ветви направлены влево.

3)(0; 0), = 72 . Ветви направлены вверх.

4)(0; 0), = 83 . Ветви направлены вниз.

5)(7; 0), = 52 . Ветви направлены влево.

6)(0; −4), = 4. Ветви направлены вправо.

7)(2; −6), = 12 . Ветви направлены вниз.

8)(− 58 ; 13), = 1. Ветви направлены вверх.

9)(−10; −11), = 89 . Ветви направлены влево.

10)(103 ; − 53), = 16 . Ветви направлены вверх.

Решение.

1)Воспользуемся каноническим уравнением параболы с ветвями, направленными вправо и параметром : 2 = 2 . В условиях примера = 5. Подставляем это значение в каноническое уравнение параболы. Получаем: 2 = 2 ∙ 5 ∙ . Преобразуем: 2 = 10 .

2)Воспользуемся каноническим уравнением параболы с ветвями,

направленными влево и параметром : 2 = −2 . В условиях примера = = 3. Подставляем это значение в каноническое уравнение параболы. Получаем: 2 = −2 ∙ 3 ∙ . Преобразуем: 2 = −6 .

3) Воспользуемся каноническим уравнением параболы с ветвями, направленными вверх и параметром : 2 = 2 . В условиях примера = 72

. Подставляем это значение в каноническое уравнение параболы. Получаем:

2 = 2 ∙ 72 . Преобразуем: 2 = 7 .

4) Воспользуемся каноническим уравнением параболы с ветвями, направленными вниз и параметром : 2 = −2 . В условиях примера =

83 . Подставляем это значение в каноническое уравнение параболы. Получаем: 2 = −2 ∙ 83 . Преобразуем: 2 = − 163 .

5) Воспользуемся нормальным уравнением параболы, с вершиной в

точке ( 0; 0), ветвями, направленными влево и параметром :

( − 0)2 = −2 ( − 0). В условиях примера 0 = 7, 0 = 0, = 52 . Под-

ставляем эти значения в нормальное уравнение параболы. Получаем:

( − 0)2 = −2 ∙ 52 ∙ ( − 7). Преобразуем: 2 = −5( − 7).

6) Воспользуемся нормальным уравнением параболы, с вершиной в

точке ( 0; 0), ветвями, направленными вправо и параметром :

( − 0)2 = 2 ( − 0). В условиях примера 0 = 0, 0 = −4, = 4. Под-

ставляем эти значения в нормальное уравнение параболы. Получаем:

( − (−4))2 = 2 ∙ 4 ∙ ( − 0). Преобразуем: ( + 4)2 = 8 .

7) Воспользуемся нормальным уравнением параболы, с вершиной в точке ( 0; 0), ветвями, направленными вниз и параметром :

195

( − 0)2 = −2 ( − 0). В условиях примера 0 = 2, 0 = −6, = 12 .

Подставляем эти значения в нормальное уравнение параболы. Получаем:

( − 2)2 = −2 ∙

1

∙ ( − (−6)). Преобразуем: ( − 2)2

= −( + 6).

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8) Воспользуемся нормальным уравнением параболы, с вершиной в

точке ( 0; 0), ветвями, направленными вверх и параметром :

 

 

 

( − )2

= 2 ( − ). В условиях примера = −

5

,

=

1

 

, = 1. Под-

 

 

0

 

0

 

 

0

 

 

8

0

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ставляем

эти значения

в

нормальное уравнение

параболы.

Получаем:

 

5

2

 

 

 

1

 

5

2

 

 

1

 

 

 

( − (−

 

)) = 2 ∙ 1 ∙ ( −

 

). Преобразуем: ( +

 

)

= 2 ( −

 

).

 

 

 

8

3

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

9) Воспользуемся нормальным уравнением параболы, с вершиной в

точке ( 0; 0), ветвями, направленными влево и параметром :

 

9

 

( − )2

= −2 ( − ). В условиях примера

 

= −10,

= −11, =

.

 

 

0

 

0

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляем эти значения в нормальное уравнение параболы.

Получаем:

8∙ ( − (−10)). Преобразуем: ( + 11)2 =

=49 ( + 10).

10)Воспользуемся нормальным уравнением параболы, с вершиной в92

точке ( 0; 0), ветвями, направленными вверх и параметром :

( − 0)2 = 2 ( − 0). В условиях примера 0 = 103 , 0 = − 53 , = 16 .

Подставляем эти значения в нормальное уравнение параболы. Получаем:

( − 103 )2 = 2 ∙ 16 ∙ ( − (− 53)). Преобразуем: ( − 103 )2 = 13 ( + 53).

Ответ: 1) 2 = 10 ; 2) 2 = −6 ; 3) 2 = 7 ; 4) 2 = − 163 ; 5) 2 = −5( − 7); 6) ( + 4)2 = 8 ; 7) ( − 2)2 = −( + 6); 8) ( + 58)2 = = 2 ( − 13); 9) ( + 11)2 = − 49 ( + 10); 10) ( − 103 )2 = 13 ( + 53).

Пример 4.2. Определить координаты вершины, параметр и направление осей параболы по её каноническому или нормальному уравнению:

1) 2 = 6 ;

 

 

2) 2 = 13 ;

 

 

 

 

3) 2 = −2 ;

 

 

4) 2 = −

15

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

5) ( − 5)2 = −4( + 2);

6) 2 = 7( + 8);

 

 

 

7)

( + 2)2 =

20

( − 9);

8) ( −

1

)2 = −4 ;

7

 

 

 

 

6

 

 

)2 =

 

 

 

 

9)

2 = + 1;

 

10) ( +

5

16

( +

18

).

 

 

9

 

 

 

 

 

14

 

 

5

 

Решение.

1)Сравним данное уравнение с каноническим уравнением параболы

спараметром и ветвями, направленными вправо: 2 = 2 . Преобразуем данное уравнение: 2 = 2 ∙ 3 ∙ . Вершина параболы находится в точке(0; 0), параметр = 3, ветви направлены вправо.

2)Сравним данное уравнение с каноническим уравнением параболы

спараметром и ветвями, направленными вверх: 2 = 2 . Преобразуем

196

данное уравнение: 2 = 2 ∙ 132 . Вершина параболы находится в точке

(0; 0), параметр = 132 , ветви направлены вверх.

3)Сравним данное уравнение с каноническим уравнением параболы с параметром и ветвями, направленными вниз: 2 = −2 . Преобразуем данное уравнение: 2 = −2 ∙ 1 ∙ . Вершина параболы находится в точке

(0; 0), параметр = 1, ветви направлены вниз.

4)Сравним данное уравнение с каноническим уравнением параболы

с параметром и ветвями, направленными влево: 2 = −2 . Преобразуем данное уравнение: 2 = −2 ∙ 1516 . Вершина параболы находится в точке

(0; 0), параметр = 1516 , ветви направлены влево.

5)Сравним данное уравнение с нормальным уравнением параболы с

вершиной в точке ( 0; 0), параметром и ветвями, направленными вниз: ( − 0)2 = −2 ( − 0). Преобразуем данное уравнение: ( − 5)2 =

= −2 ∙ 2 ∙ ( − (−2)). Вершина параболы находится в точке (5; −2), параметр = 2, ветви направлены вниз.

6) Сравним данное уравнение с нормальным уравнением параболы с вершиной в точке ( 0; 0), параметром и ветвями, направленными

вправо: ( − )2 = 2 ( − ). Преобразуем данное уравнение: ( − 0)2 =

 

7

0

 

0

 

= 2 ∙

∙ ( − (−8)).

Вершина параболы находится в точке (−8; 0), пара-

 

2

 

7

 

 

 

 

метр =

, ветви направлены вправо.

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

7) Сравним данное уравнение с нормальным уравнением параболы с

вершиной в точке ( 0; 0),

параметром и ветвями, направленными

вверх:

( − )2 = 2 ( − ). Преобразуем данное уравнение:

 

 

0

 

0

 

( − (−2))2 = 2 ∙

10

∙ ( − 9).

Вершина параболы находится в точке

 

 

 

7

 

 

(−2; 9), параметр = 107 , ветви направлены вверх.

8) Сравним данное уравнение с нормальным уравнением параболы с

вершиной в точке ( 0; 0), параметром и ветвями, направленными влево: ( − 0)2 = −2 ( − 0). Преобразуем данное уравнение:

( − 16)2 = −2 ∙ 2 ∙ ( − 0). Вершина параболы находится в точке (0; 16),

параметр = 2, ветви направлены влево.

9) Сравним данное уравнение с нормальным уравнением параболы с

вершиной в точке ( 0; 0), параметром и ветвями, направленными вверх: ( − 0)2 = 2 ( − 0). Преобразуем данное уравнение: ( − 0)2 =

= 2 ∙ 12 ∙ ( − (−1)). Вершина параболы находится в точке (0; −1), пара-

метр = 12 , ветви направлены вверх.

10) Сравним данное уравнение с нормальным уравнением параболы с вершиной в точке ( 0; 0), параметром и ветвями, направленными вправо: ( − 0)2 = 2 ( − 0). Преобразуем данное уравнение:

197

 

 

 

5

2

 

 

8

 

 

 

18

 

 

 

 

 

( − (−

)) = 2 ∙

∙ ( − (−

)). Вершина параболы находится в точке

 

 

 

14

9

5

 

 

 

 

 

(−

18

; −

 

5

), параметр =

8

, ветви направлены вправо.

 

14

 

5

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

13

 

 

Ответ: 1) (0; 0), = 3, ветви направлены вправо; 2) (0; 0), =

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

ветви направлены вверх; 3) (0; 0), = 1, ветви направлены вниз;

4) (0; 0), =

15

,

ветви направлены влево; 5) (5; −2), = 2, ветви

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

направлены вниз; 6) (−8; 0), =

, ветви направлены вправо; 7) (−2; 9),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

=

10

, ветви направлены вверх; 8) (0;

1

), = 2, ветви направлены влево;

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9) (0; −1), =

1

, ветви направлены вверх; 10) (−

18

; −

5

), =

8

, ветви

 

 

 

 

9

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

5

14

 

 

направлены вправо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример. 4.3. Построить параболу по её каноническому или нормаль-

ному уравнению:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

2 = 2 ;

2)

2

= −15 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

2 = −20 ;

4)

2

= 8 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

( − 3)2 = −21( + 5);

6)

2

= 6( − 4);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7)

( + 2)2 = − 2;

8)

( −

21

)2 = −10( + 3);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)2 =

 

 

 

 

 

 

5

 

)2 = −5√5

 

 

 

 

 

 

 

 

9)

( +

19

36

( + 2);

10) ( −

100

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

19

31

 

 

Решение.

1) 2 = 2 . Преобразуем уравнение: 2 = 2 ∙ 1 ∙ . Вершина находится в точке (0; 0), ветви направлены вправо, параметр = 1, фокус

(12 ; 0), директриса = − 12 (рис. 4.7).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.7. Парабола с вершиной в точке (0; 0) и параметром =

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

(к Примеру 4.3 (1))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) 2 = −15 . Преобразуем уравнение:

2

= −2 ∙

15

. Вершина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

15

 

находится в точке (0; 0), ветви направлены влево,

параметр =

, фокус

 

 

15

 

15

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

(−

; 0), директриса =

(рис. 4.8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

198

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 154

Рис. 4.8. Парабола с вершиной в точке (0; 0) и параметром = 7,5 (к Примеру 4.3 (2))

3) 2 = −20 . Преобразуем уравнение: 2 = −2 ∙ 10 ∙ . Вершина находится в точке (0; 0), ветви направлены вниз, параметр = 10, фокус(0; −5), директриса = 5 (рис. 4.9).

 

 

= 5

 

 

 

 

 

Рис. 4.9. Парабола с вершиной в точке (0; 0) и параметром = 5 (к Примеру 4.3 (3))

4) 2 = 8 . Преобразуем уравнение: 2 = 2 ∙ 4 ∙ . Вершина находится в точке (0; 0), ветви направлены вверх, параметр = 4, фокус (0; 2), директриса = −2 (рис. 4.10).

 

 

 

 

 

 

= −2

Рис. 4.10. Парабола с вершиной в точке (0; 0) и параметром = 4 (к Примеру 4.3 (4))

5)( − 3)2 = −21( + 5). Преобразуем уравнение: ( − 3)2 =

=−2 ∙ 212 ∙ ( + 5). Вершина параболы находится в точке (3; −5), ветви

направлены вниз, параметр =

21

, фокус

(3; −

41

),

директриса =

1

 

 

 

 

2

 

4

 

4

(рис. 4.11).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

199

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

3

 

 

 

−5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.11. Парабола с вершиной в точке (3; −5) и параметром = 212 (к Примеру 4.3 (5))

6) 2 = 6( − 4). Преобразуем уравнение: ( − 0)2 = 2 ∙ 3 ∙ ( − 4).

Вершина параболы находится в точке (0; 4), ветви направлены вверх, па-

раметр = 3, фокус (0;

11

), директриса =

5

 

(рис. 4.12).

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

5

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.12. Парабола с вершиной в точке (0; 4) и параметром = 3 (к Примеру 4.3 (6))

7)( + 2)2 = − 2. Преобразуем уравнение: ( − (−2))2 =

=2 ∙ 12 ∙ ( − 2). Вершина параболы находится в точке (−2; 2), ветви

направлены вверх, параметр = 12 , фокус (−2; 49), директриса = 74

(рис. 4.13).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

3

 

2

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

−2

 

 

Рис. 4.13. Парабола с вершиной в точке (−2; 2) и параметром = 12 (к Примеру 4.3 (7))

8) ( − 215 )2 = −10( + 3). Преобразуем уравнение: ( − 215 )2 =

200

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]