Кривые второго порядка

ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА

Кривые второго порядка

СОДЕРЖАНИЕ

1 Окружность. Эллипс

2Гипербола

3Парабола

4 Литература

1 Окружность. Эллипс

При рассмотрении уравнений прямой на плоскости мы видели, что все они – уравнения первой степени, т. е. переменные х и у входят в них
в первой степени. Рассмотрим основные виды так называемых кривых второго порядка, т. е. кривых, в уравнениях которых переменная х или переменная у , или обе переменные х и у , входят во второй степени, или же входит произведениех^· у (степени складываем – получаем тоже вторую степень). Ранее вы уже знакомились с такими уравнениями: – урав-нение окружности с центром в начале координат радиуса R ; – уравнение гиперболы, – уравнение параболы. Получим так называемые канонические (основные) уравнения некоторых кривых второго порядка.

Окружностью называется множество точек плоскости, равноудаленных от данной точки, называемой ее центром. Пусть – центр
окружности. R – радиус окружности. Пусть – произвольная точка окружности. Следовательно,= =

(1)

(1) – уравнение окружности радиуса R cцентром в точке с координатами

Эллипсом называется множество точек плоскости, для каждой из которых сумма расстояний до двух данных точек F ₁ и F ₂ этой плоскости, называемых фокусами эллипса, есть заданная постоянная величина, равная 2а , а > 0,большая , чем расстояние между фокусами 2с , с > 0.

Пусть фокусы эллипса лежат на оси Х , причем т. е. – межфокусное расстояние эллипса.

Пусть – произвольная точка эллипса. Величины называются фокальными радиусами точки М эллипса.

По определению эллипса: r ₁ + r ₂ = 2a , а > c . Из прямоугольных треугольников, по теореме Пифагора, имеем:

(2)

Умножим (2) на

(3)

Сложим уравнения (2) и (3):

(4)

Возведем (4) в квадрат:

Пусть

(5)

(5) – каноническое уравнение эллипса с центром в начале координат. Соответственно, уравнение

– каноническое уравнение эллипса с центром в точке

Числа а и называются соответственно большой и малой полуосями эллипса . Заметим, что а > , если а < , то фокусы эллипса будут на оси Оу , если а = , то эллипс превращается в окружность.

Точки , называются вершинами эллипса . Отметим, что эллипс целиком расположен внутри прямоугольника:

Так как

(6)

Эксцентриситетом эллипса e называют отношение межфокусного расстояния 2с к длине большой оси 2а .

(7)

Следовательно, причем когда т. е. имеем окружность.

При стремящемся к 1 эллипс становится более вытянутым вдоль оси Ох .

Выразим фокальные радиусы точки через эксцентриситет. Из (4):

(8)

Из (3):

Значит, подставив координаты точки эллипса в уравнения (8), получаем фокальные радиусы точки М .

Прямые называются директрисами эллипса .

– левая директриса,

– правая директриса.

Заметим, что директрисы эллипса обладают следующим важным свойством:

(9)

т. е. отношение расстояния r_i от любой точки эллипса до фокуса к расстоянию d_i от нее до соответствующей директрисы есть величина постоянная, равная эксцентриситету эллипса.

2 Гипербола

Гиперболой называется множество точек плоскости, для каждой из которых модуль разности расстояний от которых до двух данных точек той же плоскости, называемых фокусами гиперболы, есть заданная постоянная величина меньшая , чем расстояние между фокусами

Пусть фокусы гиперболы лежат на оси Ох , причем т. е. Заметим, что

Пусть – произвольная точка гиперболы. Как и ранее, – фокальные радиусы точки М .

По определению гиперболы:

где

Следовательно,

(10)

Умножим (10) на

(11)

Сложим уравнения (10) и (11):

(12)

Возведем (12) в квадрат:

Пусть

(13)

(13) – каноническое уравнение гиперболы с центром в начале координат. Соответственно, уравнение

– каноническое уравнение гиперболы с центром в точке

Числа a и b называются соответственно действительной и мнимой полуосями гиперболы. Гипербола с равными полуосями (a = b ) называется равносторонней, ее каноническое уравнение имеет вид:

Точки называются вершинами гиперболы.

Заметим, что если уравнение гиперболы имеет вид

(14)

то фокусы гиперболы находятся на оси Оу , а ветви гиперболы будут направлены не влево и вправо, а вверх и вниз.

Так как , то (15)

Как и в случае с эллипсом, эксцентриситетом гиперболы называется отношение межфокусного расстояния к длине действительной оси :

(16)

Следовательно,

Выразим фокальные радиусы точки через эксцентр

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать