Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
матан_1 / Лекции Янущик / Кривые и поверхности_ второго порядка.pps
Скачиваний:
104
Добавлен:
30.05.2015
Размер:
1.28 Mб
Скачать

Кривые второго порядка.

Эллипс.

Гипербола.

Парабола.

Исследование общего уравнения кривой.

Поверхности второго порядка.

1

Кривые второго порядка.

В аналитической геометрии линией на плоскости называют все точки плоскости, координаты которых удовлетворяют уравнению F(x, y) = 0, где F(x, y) – многочлен степени n.

Степень многочлена n называют порядком линии

Кривые второго порядка – это все точки плоскости, координаты которых удовлетворяют уравнению F(x, y) = 0, где F(x, y) – многочлен второй степени.

Ax2 Bxy Cy2 Dx Ey F 0

2

Кривые второго порядка.

 

вырожденные

невырожденные

 

кривые

 

кривые

1. пустое множество

1. эллипс

2.

точка

2.

гипербола

3.

прямая

3.

парабола

4.пара параллельных или пересекающихся прямых

3

Определение. Эллипсом называется множество всех точек плоскости, сумма расстояний от которых до двух фиксированных точек есть постоянное число.

Обозначим фиксированные точки F1 и F2.

Эти точки называют фокусами эллипса, а середину отрезка F1F2 центром эллипса.

Обозначим расстояние между фокусами через 2c, а сумму расстояний от точек эллипса до фокусов – 2a.

M3

 

M1

F1F2 2c

F1M1

F2M1

2a

M2

 

 

F1

2c

 

F2

 

F1M2 F2M2 2a

 

 

F1M3

F2M3

2a

 

 

2a > 2c

a > c

 

 

 

 

4

Получим уравнение эллипса.

Выберем систему координат так, чтобы фокусы лежали на оси Ox симметрично относительно начала координат.

 

 

 

 

 

M

 

 

 

Найдём координаты фокусов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2c F1( c, 0) и F2 (c, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1F2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть М(x,y) – произвольная

 

 

F1

 

 

2c

F2

 

 

 

 

 

 

 

 

точка эллипса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x c)2

y2

 

 

 

 

 

{x c, y}

 

 

 

F M

 

 

 

 

 

 

F1M

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x c)2

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{x

c, y}

 

 

F M

 

 

 

 

 

F2M

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

F1M F2M 2a

(x c)2 y2 (x c)2 y2 2a

(x c)2 y2 (x c)2 y2 2a

Избавляясь от корней, можно получить

(a2 c2 )x2 a2 y2 a2 (a2 c2 )

2a > 2c a > c a2 c2 0

 

Обозначим через

b

 

a2 c2

 

 

Тогда получаем

b2x2 a2 y2 a2b2

 

 

x2 y2

1

каноническое уравнение

 

a2

 

b2

 

 

эллипса

 

b a

6

 

 

x2

 

y2

 

 

 

 

Исследование формы эллипса

 

 

1

1. Ox и Oy – оси симметрии,

 

 

a2 b2

 

 

 

начало координат – точка симметрии

 

 

2. Найдём точки пересечения с осями координат.

 

 

x 0

 

 

 

 

y2

1

 

 

y b

(0, –b) и (0, b) точки

 

 

b2

 

пересечения с осью Oy

 

 

 

 

 

 

 

y 0

 

 

 

 

x2

1

x a

(–a, 0) и (a, 0) точки

 

 

 

 

 

 

пересечения с осью Ox

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

B2

 

 

 

 

 

 

A1, A2, B1, B2 вершины эллипса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отрезки A1A2 и B1B2 , а также их

A1 F1

 

 

 

 

 

F2

A

2 длины 2a и 2b – соответственно

 

 

 

 

B1

 

 

 

 

 

 

большая и малая оси эллипса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Числа a и b – большая и малая полуоси эллипса. 7

B2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1

 

F1

F2

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

y2

 

 

 

 

B1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

 

 

x2

y2

 

 

x

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1 и

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

b2

 

y

 

b

 

a2

b2

 

 

 

эллипс лежит внутри прямоугольника, образованного прямыми x= ± a и y= ± b.

4.Средствами математического анализа можно исследовать на возрастание и убывание, на выпуклость и вогнутость.

Если |x| увеличивается, то |y| – уменьшается.

8

1) Пусть a = b = r

 

 

x2

 

y2

1

 

x2 y2 r2

 

r2

r2

 

2

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

Так как b

a

c

и

a b

 

c 0

 

 

 

 

 

 

, то

 

 

 

фокусы F1 и F2 совпадают

 

 

 

 

 

множество точек, равноудалённых от фокуса

окружность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

x2

 

 

 

y2

1, но

a b – эллипс, но фокусы лежат на

a2

 

b2

 

 

 

 

 

 

 

оси Oy.

 

3)

(x x )2

 

( y y

0

)2

 

 

a2

0

 

b2

1 – эллипс с центром,

 

 

 

 

 

 

 

 

всех

Определение.

Эллипсом называется

точек

плоскости,

 

смещённыммножествоточку (x0, y0).

 

сумма расстояний

от которых до

двух фиксированных точек есть постоянное число. 9

Определение. Гиперболой называется множество всех точек плоскости, для которых модуль разности расстояний до двух фиксированных точек плоскости есть постоянное число, причём меньшее расстояния между фиксированными точками.

Обозначим фиксированные точки F1 и F2.

Эти точки называют фокусами гиперболы, а середи- ну отрезка F1F2 центром гиперболы.

Обозначим расстояние между фокусами через 2c, а модуль разности расстояний от точек гиперболы до фокусов – 2a.

10

M1

M3

M2

F1

2c

F2

По определению 2a <

 

 

2c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

F1F2

 

 

 

F1M1

 

 

 

 

F2M1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

F1M2

 

 

 

 

F2M2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

F1M3

F2M3

 

 

2c a < c

Выберем систему координат так, чтобы фокусы лежали на оси Ox симметрично относительно начала координат.

Найдём координаты фокусов: F1( c, 0) и F2 (c, 0) Пусть М(x,y) – произвольная точка гиперболы.

 

 

 

 

 

 

{x c, y}

 

 

 

 

 

 

(x c)2 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1M

 

 

 

 

 

F1M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x c)2 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{x c, y}

 

F M

 

F2M

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x c)2 y2

 

(x c)2 y2

 

2a 11

 

 

 

F1M

 

 

F2M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

(x c)2 y2

 

 

(x c)2 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

(x c)2 y2

 

 

(x c)2 y2

 

Избавляясь от корней, можно получить

 

(a2 c2 )x2 a2 y2 a2 (a2 c2 )

 

 

 

2a < 2c a < c c2 a2 0

 

Обозначим через

 

b

c2 a2

 

, то есть

a2 c2 b2

Тогда получаем

b2x2

a2 y2

a2b2

 

 

 

 

 

x2

y2

 

1 каноническое уравнение

 

 

 

 

a2

 

b2

 

 

гиперболы

 

12