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

= −2 ∙ 5 ∙ ( − (−3)). Вершина параболы находится в точке (−3; 215 ), вет-

ви направлены влево, параметр = 5, фокус (−

11

;

21

), директриса =

 

 

 

1

 

2

5

 

(рис. 4.14).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21 ′

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

−3

 

 

 

= −

1

 

 

 

 

 

 

2

Рис. 4.14. Парабола с вершиной в точке (−3; 215 ) и параметром = 5 (к Примеру 4.3 (8))

9)( + 193 )2 = 3619 ( + 2). Преобразуем уравнение: ( − (− 193 ))2 =

=2 ∙ 1819 ∙ ( − (−2)). Вершина параболы находится в точке (−2; − 193 ),

ветви направлены вправо, параметр =

18

, фокус (−

29

; −

19

), директри-

 

 

 

 

47

19

 

19

3

 

са = −

(рис. 4.15).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

3

 

= − 4719

Рис. 4.15. Парабола с вершиной в точке (−2; − 193 ) и параметром = 1819 (к Примеру 4.3 (9))

10) ( − 10031 )2 = −5√5 . Преобразуем уравнение: ( − 10031 )2 =

201

= −2 ∙ 5√25 ∙ ( − 0). Вершина параболы находится в точке (0; 10031 ), ветви

направлены влево, параметр = 5√25 , фокус (− 5√45 ; 10031 ), директриса =

5√45 (рис. 4.16).

,

100 ′

3

= 5√54

Рис. 4.16. Парабола с вершиной в точке (0; 10031 ) и параметром = 5√25 (к Примеру 4.3 (10))

Пример 4.4. Составить уравнение параболы, вершина которой находится в начале координат, зная, что:

1)парабола расположена в правой полуплоскости симметрично относительно оси и её параметр = 3;

2)парабола расположена в нижней полуплоскости симметрично от-

носительно оси и её параметр = 3;

3)парабола расположена симметрично относительно оси и проходит через точку (9; 6);

4)парабола расположена симметрично относительно оси и проходит через точку (4; −8);

5)фокус параболы (0; −3) и осью параболы служит ось .

Решение.

1)Каноническое уравнение параболы имеет вид 2 = 2 . Подстав-

ляем = 3: 2 = 6 .

2)Каноническое уравнение параболы имеет вид 2 = −2 . Подставляем = 3: 2 = −6 .

3)Каноническое уравнение параболы имеет вид 2 = 2 . Подставляем координаты точки : 62 = 2 ∙ 9. Отсюда параметр параболы = 2 и уравнение параболы 2 = 4 .

4)Каноническое уравнение параболы имеет вид 2 = −2 . Подставляем координаты точки : 42 = −2 ∙ (−8). Отсюда параметр параболы

= 1 и уравнение параболы 2 = −2 .

5)Каноническое уравнение параболы имеет вид 2 = −2 . Расстоя-

ние от вершины параболы до фокуса равно 3, поэтому 2 = 3 и = 6. Уравнение параболы 2 = −12 .

202

Ответ: 1) 2 = 6 ; 2) 2 = −6 ; 3) 2 = 4 ; 4) 2 = −2 ; 5) 2 = = −12 .

Пример 4.5. Среди приведённых уравнений указать уравнения пара-

болы, найти параметр каждой из них:

 

 

 

 

 

1) 5 − 2 = 0;

2) 2 = 4 ;

3)

2

+

2

= 1;

4) 2 2 + 7 2 = 1;

 

 

144

25

 

 

 

 

 

 

5) 2

= − ;

6) 2 = −3 ;

7) 2 + 2 = 2;

8) 2 =

1

 

;

 

 

2

 

2

 

2

 

 

 

9)

= 1;

10) 2 =

 

8

.

 

 

 

100

36

 

 

 

3

Решение.

1) 5 − 2 = 0. Сравнивая данное уравнение с каноническими уравнениями параболы 2 = 2 , 2 = −2 , 2 = 2 , 2 = −2 , устанавливаем, что данное уравнение не определяет параболу, так как не содержит квадраты переменных. Оно представляет прямую, параллельную оси и

отсекающей на оси отрезок = 25 .

2)2 = 4 . Запишем уравнение в виде 2 = 2 ∙ 2 ∙ . Сравнивая данное уравнение с каноническим уравнением параболы 2 = 2 , устанавливаем, что данное уравнение определяет параболу с параметром = 2.

3)1442 + 252 = 1. Сравнивая данное уравнение с каноническими урав-

нениями параболы 2 = 2 , 2 = −2 , 2 = 2 , 2 = −2 , устанавливаем, что данное уравнение не определяет параболу, так как содержит квадраты обеих переменных. Оно определяет эллипс.

4) 2 2 + 7 2 = 1. Сравнивая данное уравнение с каноническими уравнениями параболы 2 = 2 , 2 = −2 , 2 = 2 , 2 = −2 , устанавливаем, что данное уравнение не определяет параболу, так как содержит квадраты обеих переменных. Оно определяет эллипс.

5)2 = − . Запишем уравнение в виде 2 = −2 ∙ 12 . Сравнивая данное уравнение с каноническим уравнением параболы 2 = −2 , устанавливаем, что данное уравнение определяет параболу с параметром = 12 .

6)2 = −3 . Запишем уравнение в виде 2 = −2 ∙ 32 . Сравнивая данное уравнение с каноническим уравнением параболы 2 = −2 , устанавливаем, что данное уравнение определяет параболу с параметром = 32 .

7)2 + 2 = 2. Сравнивая данное уравнение с каноническими уравнениями параболы 2 = 2 , 2 = −2 , 2 = 2 , 2 = −2 , устанавли-

ваем, что данное уравнение не определяет параболу, так как содержит квадраты обеих переменных. Оно определяет окружность.

8) 2 = 12 . Запишем уравнение в виде 2 = 2 ∙ 14 . Сравнивая данное уравнение с каноническим уравнением параболы 2 = 2 , устанавливаем, что данное уравнение определяет параболу с параметром = 14 .

203

9) 1002 362 = 1. Сравнивая данное уравнение с каноническими урав-

нениями параболы 2 = 2 , 2 = −2 , 2 = 2 , 2 = −2 , устанавливаем, что данное уравнение не определяет параболу, так как содержит квадраты обеих переменных. Оно определяет гиперболу.

10) 2 = 83 . Запишем уравнение в виде 2 = 2 ∙ 43 . Сравнивая данное уравнение с каноническим уравнением параболы 2 = 2 , устанавливаем, что данное уравнение определяет параболу с параметром = 43 .

Ответ: 2), = 2; 5), = 12 ; 6), = 32 ; 8), = 14 ; 10), = 43 .

Пример 4.6. Установить, какие линии определяются следующими

уравнениями:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) = 2√

 

;

 

 

 

 

 

2) = −3√−2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) = −5√− ;

4) = √5 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

5) = −8 + √10 ;

6) = 3 − √−22 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7) = 4 + √−6 − 12.

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

1) = 2. Запишем ограничения: { ≥ 0, Возведём обе части урав-

≥ 0.

нения в квадрат: 2 = 4 . Преобразуем: 2 = 2 ∙ 2 ∙ . Полученное уравнение определяет параболу. Вершина параболы находится в точке (0; 0), ветви направлены вправо, параметр = 2, фокус (1; 0), директриса = −1. Учитывая полученные выше ограничения, заключаем, что исходное уравнение определяет часть параболы, расположенную в первом координатном углу (рис. 4.17).

 

 

 

 

 

 

 

 

= −1

 

 

 

Рис. 4.17. Парабола с вершиной в точке (0; 0) и параметром = 1

 

 

(к Примеру 4.6 (1))

 

 

 

 

 

 

≤ 0,

≤ 0,

 

 

 

 

2) = −3√−2 . Запишем ограничения: {−2 ≥ 0.

Отсюда: { ≤ 0.

Возведём обе части уравнения в квадрат: 2

= −18 . Преобразуем: 2 =

−2 ∙ 9 ∙ . Полученное уравнение определяет параболу. Вершина параболы находится в точке (0; 0), ветви направлены влево, параметр = 9, фокус

(− 29 ; 0), директриса = 29 . Учитывая полученные выше ограничения, за-

204

ключаем, что исходное уравнение определяет часть параболы, расположенную в третьем координатном углу (рис. 4.18).

 

=

9

 

2

 

 

 

Рис. 4.18. Парабола с вершиной в точке (0; 0) и параметром = 29 (к Примеру 4.6 (2))

 

 

 

{

≤ 0,

 

{ ≤ 0,

3) = −5√− . Запишем ограничения:

Отсюда:

 

 

 

 

− ≥ 0.

 

≤ 0.

Возведём обе части уравнения в квадрат: 2 = −25 . Преобразуем: 2 =

−2 ∙ 252 . Полученное уравнение определяет параболу. Вершина параболы находится в точке (0; 0), ветви направлены вниз, параметр = 252 , фокус

(0; − 254 ), директриса = 254 . Учитывая полученные выше ограничения,

заключаем, что исходное уравнение определяет часть параболы, расположенную в третьем координатном углу (рис. 4.19).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.19. Парабола с вершиной в точке (0; 0) и параметром =

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

(к Примеру 4.6 (3))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

≥ 0,

 

 

≥ 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) = √5 . Запишем ограничения: {5 ≥ 0.

Отсюда: { ≥ 0.

Возве-

дём обе части уравнения в квадрат: 2 = 5 . Преобразуем:

2 = 2 ∙

5

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

Полученное уравнение определяет параболу. Вершина параболы находится в точке (0; 0), ветви направлены вверх, параметр = 52 , фокус (0; 54),

директриса = − 54 . Учитывая полученные выше ограничения, заключаем,

что исходное уравнение определяет часть параболы, расположенную в первом координатном углу (рис. 4.20).

205

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.20. Парабола с вершиной в точке (0; 0) и параметром =

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

(к Примеру 4.6 (4))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) = −8 + √10 . Перепишем уравнение в виде: + 8 = √10 . За-

пишем ограничения:

{ + 8 ≥ 0,

Отсюда:

{ ≥ −8,

Возведём обе части

 

 

10 ≥ 0.

 

≥ 0.

 

 

 

 

 

уравнения в квадрат: ( + 8)2 = 10 . Преобразуем: ( − (−8))2 =

=2 ∙ 5( − 0). Полученное уравнение определяет параболу. Вершина параболы находится в точке (0; −8), ветви направлены вправо, параметр =

=5, фокус (52 ; −8), директриса = − 52 . Учитывая полученные выше

ограничения, заключаем, что исходное уравнение определяет часть параболы, расположенной выше прямой = −8 (рис. 4.21).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Рис. 4.21. Парабола с вершиной в точке (0; −8) и параметром = 5

 

 

(к Примеру 4.6 (5))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) = 3 − √−22 . Перепишем уравнение в виде: − 3 = −√−22 .

 

 

− 3 ≤ 0,

≤ 3,

 

 

 

Запишем ограничения: {−22 ≥ 0. Отсюда:

{ ≤ 0.

Возведём обе части

уравнения в квадрат: ( − 3)2 = −22 . Преобразуем: ( − 3)2 = −2 ∙ 11 . Полученное уравнение определяет параболу. Вершина параболы находится

в точке (3; 0), ветви направлены вниз, параметр = 11, фокус (3; − 112 ),

директриса = 112 . Учитывая полученные выше ограничения, заключаем, что исходное уравнение определяет часть параболы, расположенной левее прямой = 3 (рис. 4.22).

206

 

 

 

 

 

 

 

=

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 3

 

 

 

Рис. 4.22. Парабола с вершиной в точке (3; 0) и параметром = 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

(к Примеру 4.6 (6))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7) = 4 + √−6 − 12. Перепишем уравнение в виде: − 4 =

 

 

 

 

 

− 4 ≥ 0,

 

≥ 4,

= √−6( + 2). Запишем ограничения: {

 

Отсюда: {

 

 

 

 

 

 

−6( + 2) ≥ 0.

 

≤ −2.

Возведём обе части уравнения в квадрат: ( − 4)2 = −6( + 2). Преобразуем: ( − 4)2 = −2 ∙ 3( − (−2)). Полученное уравнение определяет параболу. Вершина параболы находится в точке (−2; 4), ветви направлены

влево, параметр = 3, фокус (− 72 ; 4), директриса = − 12 . Учитывая

полученные выше ограничения, заключаем, что исходное уравнение определяет часть параболы, расположенной выше прямой = 4 (рис. 4.23).

= 4

 

 

 

= −2

= −

1

 

 

 

 

2

 

Рис. 4.23. Парабола с вершиной в точке (−2; 4) и параметром = 3 (к Примеру 4.6 (7))

Пример 4.7. Составить уравнение параболы, вершина которой находится в начале координат, зная, что фокус параболы (49 ; 0) и уравнение

директрисы 4 + 9 = 0.

Решение. Фокус расположен на положительной части оси на рас-

стоянии 49 от начала координат. Директриса пересекает отрицательную

часть оси , параллельна оси и расположена на таком же расстоянии от начала координат, что и фокус. Поэтому ветви параболы направлены

207

вправо, её уравнение имеет вид 2 = 2 , где 2 = 49 , = 29 . Составляем

уравнение параболы: 2 = 2 ∙ 29 ∙ = 9 .

Ответ: 2 = 9 .

Пример. 4.8. Определить, какие из точек 1(−2; 4), 2(−2; 3),

3(1; −√2), 4(−1; 2√2) лежат на параболе 2 = −8 . Указание. Если точ-

ка лежит на параболе, то её координаты удовлетворяют уравнению этой параболы.

Решение.

Подставим координаты точки 1(−2; 4) в уравнение параболы: 42 = −8 ∙ (−2). Отсюда 16 = 16, следовательно, точка 1 лежит на параболе.

Подставим координаты точки 2(−2; 3) в уравнение параболы: 32 = −8 ∙ (−2). Отсюда 9 ≠ 16, следовательно, точка 2 не лежит на параболе.

Подставим координаты точки 3(1; −√2) в уравнение параболы:

(−√2)2 = −8 ∙ 1. Отсюда 2 ≠ −8, следовательно, точка 3 не лежит на параболе.

Подставим координаты точки 4(−1; 2√2) в уравнение параболы:

(2√2)2 = −8 ∙ (−1). Отсюда 8 = 8, следовательно, точка 4 лежит на параболе.

Ответ: точки 1 и 4 лежат на параболе.

Пример 4.9. Вычислить фокальный радиус точки параболы 2 = 20 , если абсцисса точки равна 7.

Решение. Обозначим ординату точки через 0. Тогда (7; 0). Преобразуем уравнение параболы: 2 = 2 ∙ 10 ∙ . Параметр параболы = 10, фокус (5; 0). Найдём 0. Для этого подставим координаты точки в уравнение параболы: 02 = 20 ∙ 7, 0 = ±√140. Получаем две точки:

1(7; √140), 2(7; −√140).

Вычислим фокальный радиус точки , то есть расстояние = 1 или = 2. Получаем:

= 1 = √(5 − 7)2 + (0 − √140)2 = √4 + 140 = 12.

Ответ: 12.

Пример 4.10. Установить, что каждое из следующих уравнений определяет параболу, найти координаты её вершины и величину параметра:

1) =

1

2

+ + 2;

2) = 2 2 − 12 + 14;

3) = − 2 + 2 − 1.

 

4

 

 

 

 

Решение.

1) = 14 2 + + 2. Выделим полный квадрат в правой части уравнения. Для этого применим формулу сокращённого умножения: 2 + 2 +

+ 2 = ( + )2. Получаем: = 14 2 + + 2 = 14 ( 2 + 4 + 8) = = 14 [( 2 + 2 ∙ 2 ∙ + 4) + 4] = 14 [( + 2)2 + 4] = 14 ( + 2)2 + 1.

Запишем уравнение в виде: − 1 = 14 ( + 2)2, ( − (−2))2 = = 4( − 1).

208

Далее применим формулы преобразования координат при параллель-

ном сдвиге осей: { = − 0, Здесь ( ; ) – новое начало координат;= − 0.

– старая система координат, ′ ′ – новая система координат; , – старые

координаты; , – новые координаты.

 

В примере обозначим − 1 через ,

− (−2) через . Получаем

следующие формулы: {

= − (−2),

Подставим эти формулы в преобра-

= − 1.

зованное уравнение. Получаем: ′2 = 4 . Это каноническое уравнение параболы. Вершина такой параболы находится в точке (−2; 1), параметр

= 2.

2) = 2 2 − 12 + 14. Выделим полный квадрат в правой части

уравнения. Для этого применим формулу сокращённого умножения: 2

2 + 2 = ( − )2. Получаем: = 2 2 − 12 + 14 =

=2( 2 − 6 + 7) = 2[( 2 − 2 ∙ 3 ∙ + 9) − 2] = 2[( − 3)2 − 2] =

=2( − 3)2 − 4.

Запишем уравнение в виде:

+ 4 = 2( − 3)2, ( − 3)2 = 12 ( − (−4)).

Далее применим формулы преобразования координат при параллель-

ном сдвиге осей: { = − 0, Здесь ( ; ) – новое начало координат;= − 0.

– старая система координат, ′ ′ – новая система координат; , – старые

координаты; , – новые координаты.

 

В примере обозначим − (−4) через , − 3 через .

Получаем

следующие формулы: {

= − (−4),

Подставим эти формулы в преобра-

= − 3.

зованное уравнение. Получаем: ′2 =

1

. Это каноническое уравнение па-

2

 

 

 

 

раболы. Вершина такой параболы находится в точке (−4; 3),

параметр

= 14 .

3)= − 2 + 2 − 1. Выделим полный квадрат в правой части урав-

нения. Для этого применим формулу сокращённого умножения: 2 − 2 + + 2 = ( − )2. Получаем: = − 2 + 2 − 1 = −( 2 − 2 + 1) =

= −( − 1)2.

Запишем уравнение в виде: ( − 1)2 = −( − 0).

Далее применим формулы преобразования координат при параллель-

ном сдвиге осей: { = − 0, Здесь ( ; ) – новое начало координат;= − 0.

– старая система координат, ′ ′ – новая система координат; , – старые координаты; , – новые координаты.

В примере обозначим − 0 через , − 1 через . Получаем сле-

дующие формулы: { = − 0, Подставим эти формулы в преобразованное

= − 1.

209

уравнение. Получаем: ′2 = − . Это каноническое уравнение параболы. Вершина такой параболы находится в точке (0; 1), параметр = 12 .

Ответ: 1) (−2; 1), = 2; 2) (−4; 3), = 14 ; 3) (0; 1), = 12 .

Пример 4.11. Найти точки пересечения прямой и параболы, если они заданы следующими уравнениями:

1)− + 2 = 0, 2 = 8 ;

2)8 + 3 − 15 = 0, 2 = −3 ;

3)5 − − 15 = 0, 2 = −5 .

Решение. Для нахождения координат точек пересечения прямой и параболы нужно совместно решить их уравнения.

1)

{ − + 2 = 0,

 

2 = 8 .

Выразим из первого уравнения : = − 2 и подставим полученное выражение во второе уравнение: 2 = 8( − 2). Преобразуем: 2 − 8 + +16 = 0, ( − 4)2 = 0. Уравнение имеет два одинаковых действительных корня: = 4. Отсюда: = 4 − 2 = 2. Таким образом, прямая имеет одну точку пересечения с параболой, то есть касается параболы в точке (2; 4).

2) {8 + 3 − 15 = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 = −3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выразим из первого уравнения : = −

8

+ 5 и подставим полу-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

ченное выражение во второе уравнение: 2

= −3 (−

8

+ 5). Преобразуем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

8

 

2 = 8 − 15, 2 − 8 + 15 = 0,

= 3,

= 5. Отсюда: = −

∙ 3 + 5 =

 

 

 

 

1

2

 

 

1

3

 

 

8

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −3, = −

∙ 5 + 5 = −

. Таким образом,

точки пересечения прямой с

 

 

 

2

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

параболой: (3; −3), (5; −

25

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) {5 − − 15 = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 = −5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выразим из первого уравнения : =

1

+ 3 и подставим получен-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

ное выражение во второе уравнение: 2 = −5 (15 + 3). Преобразуем: 2 =

− − 15, 2 + + 15 = 0. Уравнение не имеет действительных корней, поэтому прямая не пересекает параболу.

Ответ: 1) (2; 4); 2) (3; −3), (5; − 253 ); 3) точек пересечения нет.

4.6. Касательная к параболе

В ряде задач аналитической геометрии, связанных с параболой, требуется использовать условие, при котором прямая касается параболы, а также составлять уравнения касательных к параболе.

Условие, при котором прямая касается параболы с вершиной в начале координат.

210

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]