Как найти вершину параболы через директрису

Уравнение директрисы параболы

Содержание:

  • Что такое директриса параболы
  • Каноническое уравнение параболы
  • Уравнение директрисы параболы, если вершина не в пересечении осей координат

    • Алгоритм расчета
  • Фокус параболы
  • Примеры решения задач

Что такое директриса параболы

Определение

Директриса параболы — такая прямая, кратчайшее расстояние от которой до любой точки, принадлежащей параболе, точно такое же, как расстояние от этой точки до фокуса.

Вершина параболы — точка пересечения параболы с ее осью. Она считается началом системы координат, канонической для данной кривой.

Вершина — середина перпендикуляра, опущенного из фокуса на директрису. Таким образом, директриса перпендикулярна оси симметрии и проходит на расстоянии р/2 от вершины параболы. Число р — фокальный параметр, расстояние от фокуса до директрисы. Поскольку все параболы подобны, именно эта характеристика определяет масштаб конкретной параболы.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Каноническое уравнение параболы

Каноническое уравнение параболы:

(y^2;=;2px)

Парабола

 

Если расположить параболу слева от оси ординат, уравнение примет вид:

(y^2;=;-;2px)

Парабола отрицательное уравнение

 

Уравнение директрисы параболы, если вершина не в пересечении осей координат

Формула директрисы параболы имеет вид:

(х;=;-frac р2)

Если вершину перенести в точку ((x_0;;y_0)), отличную от начала осей координат, каноническое уравнение примет вид:

({(y;-;y_0)}^2;=;2p;times;(x;-;x_0))

Алгоритм расчета

  1. Если уравнение параболы приведено в виде квадратного многочлена, перенесем все слагаемые с y в левую часть уравнения, а с х — в правую.
  2. Упростим выражение, выделив полный квадрат относительно одной из переменных.
  3. Введем новые переменные ((x_1;;y_1)), чтобы привести уравнение к каноническому виду, ведя при этом отсчет с новой точки начала координат.
  4. Вычислим параметр р и фокус, запишем уравнение директрисы.
  5. Вернемся к старым координатам, заменив ((x_1;;y_1)) на х и y.

Фокус параболы

Определение

Расстояние от точки фокуса (F) до любой точки параболы равняется расстоянию от этой точки к директрисе.

Фокус параболы

 

Чтобы составить уравнение директрисы, нужно знать фокальный параметр.

Определение

Фокальный параметр — половина длины хорды, проходящей через её фокус перпендикулярно фокальной оси.

Примеры решения задач

Задача №1

Составить уравнение директрисы параболы (y^2;=;6x).

Решение

Сравнив каноническое уравнение с данным, получим:

(2р = 6 )

(р = 3)

(frac р2;=;frac32)

Уравнение директрисы — (х;=;-frac р2.)

В данном случае оно будет выглядеть так:

(х;=;-;frac32)

Задача №2

Найти директрису параболы, заданной уравнением (4х^2;-;12х;+;y;+;6;=;0.)

Решение

Преображаем многочлен, находим полный квадрат относительно переменной х:

(4х^2;-;12х;+;y;+;6;=;0;Rightarrow;4(х^2;-;3х);+;y;+;6;=;0;Rightarrow;;4((х^2;-;2;timesfrac32х;+;frac94);-;frac94);+;y;+;6;=;0;Rightarrow;)

(;Rightarrow;(4;{(х;-;frac32)}^2;-;9;+;y;+;6;=;0;Rightarrow;y;-;3;=-;4;{(х;-;frac32)}^2;Rightarrow;{(х;-;frac32)}^2;=;-;frac14;(y;-;3))

Пусть ((y — 3)) будет (y_1), а ((х;-;frac32))(х_1).

Тогда, перенеся начало координат в точку ((x_1;;y_1)), получим каноническое уравнение (х_1^2;=;-{textstylefrac14}y_1).

(2р;=;frac14;Rightarrow;р;=;frac18;Rightarrow;frac р2;=;frac1{16})

Тогда уравнение директрисы — (y_1=;frac1{16}).

Заменив (y_1) на ((y — 3)), получим уравнение: (y;–;3;=;frac1{16})

Следовательно, (y;–;frac{49}{16};=;0).

В старой системе координат уравнение директрисы:

(16у — 49 = 0, у;=;frac{49}{16}).

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 3.17 (Голосов: 18)

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Текст с ошибкой:

Расскажите, что не так

Поиск по содержимому

Парабола — это график функции описанный определённой формулой. Чтобы построить параболу нужно следовать формуле, определениям и уравнениям.

Парабола

Парабола – это множество точек плоскости, которые равноотделённые  от заданной точки, что называется фокусом и заданной прямой под названием директриса.

Чтобы получить каноническое уравнение параболы, расположим директрису перпендикулярно оси OX, а фокус F на оси OX так, чтобы начало координат O(0, 0) помещался на одинаковом расстоянии от них (см. рис. 1). Обозначим через p расстояние от фокуса к директрисе, тогда у фокуса будут координаты {x} = {pover{2}}, y = 0, F({pover{2}}, 0).

Для произвольной точки M (x, y) параболы расстояний FM = r, а расстояние к директрисе MN = d. По определению d = r из рис. 1 видим, что d = {x} + {pover{2}}, а {r} = sqrt{x - {pover{2}}^2} + y^2 и поэтому:

Парабола

Рис. 1

sqrt{(x - {pover{2}})^2 + y^2} = x + {pover{2}}to{x}^2 - 2 * {pover2}}x + {p^2over{4}} + y^2 = x^2 + 2 * {pover{2}}x + {p^2over{4}}

y^2 = 2px

(1)

– каноническое уравнение параболы.

Нужна помощь в написании работы?

Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.

Подробнее

Что такое вершина параболы

Вершина параболы – это парабола, которая проходит через точки O (0, 0). Если точка M_{1}(x , y) принадлежит параболе, то и M_{2}(x , -y) тоже принадлежит параболе, так как из:

y^2 = 2pxto{(-y)^2 = 2px}.

Значит, парабола симметрична относительно оси OX, её график достаточно построить в первой четверти, где из канонического уравнения параболы получается, что:

y = sqrt{2px}

Чтобы найти вершину параболы, необходимо знать формулу: ax^2 + bx + c = 0.

Давайте посмотрим, как данная формула действует, допустим дано уравнение:

y^2 = x^2 + 9x + 18

Тогда:

a = 1, b = 9, c = 18.  Чтобы найти величины a, b и c, в квадратном уравнении коэффициент при x^2 = a, при x = b, постоянная (коэффициент без переменной) = c. Если взять тот же пример, y^2 = x^2 + 9x + 18, получается, что:

x = {-bover{2a}}, x = {-9over{2 * 1}}, x = {-9over{2}}.

Форма и характеристики параболы

Исследуем за каноническим уравнением форму и расположение параболы:

1. В уравнении y^2 = 2px переменная входит в парной степени откуда получается, что парабола симметрична относительно оси OX.  Ось OX – это ось, которая симметрична параболе.

2. Так как p > 0, тогда xgeq{0}, откуда получается, что парабола расположена справа от оси Oy.

3. При x = 0 мы имеем y = 0, то есть парабола проходит через начало координат. Точка O(0, 0) – это вершина параболы.

4. При увеличении значений переменной x модуль y тоже возрастает. Изобразим параболу на рисунке:

Возрастание параболы

Рис. 2

5. В полярной системе координат, у канонического уравнения параболы такой вид:

{r} = {pover{1 - cosvarphi}}

6. Уравнение y^2 = - 2px, x^2 = 2py, x^2 = -2py (p > 0), тоже описывают параболы:

Парабола

Рис. 3

Оптическое свойство параболы

У параболы “оптическое” свойство, если: в фокусе параболы поместить источник света, тогда отбитые от параболы лучи будут параллельными оси OX. Это свойство учитывают при изготовлении прожекторов, зеркальных телескопов, теле- и радио антенн.

При положительном p уравнении:

y = - 2px

описывают параболу симметричную относительно OX с вершиной в точке O(0, 0), ветви которой направлены влево (рис. 3 (а)).

Аналогично изложенному, уравнение x^2 = 2py и x^2 = -2py описывают параболы с вершиной в точке O(0, 0) симметрично относительно OY, ветви которой направлены соответственно вверх и вниз (см. рис. 3 (б) и (в)). Если например, уравнение x^2 = 2py решить относительно y

y = {1over{2p}}x^2  и обозначить {1over{2p}} = a, тогда получим известное со школьного курса уравнение параболы y = ax^2. Теперь её фокусное расстояние {pover{2}} = {1over{4a}}.

Примеры решения

Задача

Найти координаты фокуса и составить уравнение директрисы параболы y^2 = 6x.

Решение

Сравнивая каноническое уравнение y^2 = 2px и данное y^2 = 6x, получим 2p = 6to{p = 3, {pover{2}} = {3over{2}}, тогдаF ({3over{2}}, 0). Так как уравнение директрисы x = -{pover{2}}, тогда в данном случае x = -{3over{2}}.

Ответ

координаты фокуса: F ({3over{2}}, 0), а уравнение директрисы параболы: x = -{3over{2}}.

Задача

Составить каноническое уравнение параболы:

а) с фокусом в точке F(2, 0);

б) с фокусом в точке F(0, -6).

Решение

а). Так как фокус F(2, 0) на положительной полуоси OX, тогда парабола симметрична относительно OX с вершиной в точке O(0, 0) и {pover{2}} = 2, поэтому p = 4 и согласно формуле (1) y^2 = 8x.

б). Фокус F(0, -6) лежит на отрицательной полуоси OY с вершиной в точке O(0, 0), ветви направлены вниз, каноническое уравнение следует искать в виде x^2 = -2py. Фокусное расстояние параболы |OF| = {pover{2}} = 6to{p} = 12 и уравнение запишется x^2 = -24y.

Ответ

а) каноническое уравнение параболы с фокусом в точке F(2, 0):  y^2 = 8x;

б) каноническое уравнение с фокусом в точке F(0, -6): x^2 = -24y.

Задача

Показать путём выделения полного квадрата, что уравнение 4x^2 - 12x + y + 6 = 0 – это уравнение параболы. Привести его к каноническому виду. Найти вершину, фокус, ось и директрису этой параболы.

Решение

Выделим относительно переменной x полный квадрат

(4x^2 - 12x) + y + 6 = 0to{4(x^2 - 3x)} + y + 6 = 0to{4((x^2 - 2 * {3over{2}}x + {9over{4}}) - {9over{4}}) + y + 6 = 0}to{4((x - {3over{2}}})^2 - 9 + y + 6 = 0to{y - 3 = -4(x - {3over{2}})^2}to{(x - {3over{2}})^2} = -{1over{4}}(y - 3).

Обозначим y_{1} = y - 3, x_{1} = x - {3over{2}}.  Тогда в результате параллельного переноса координатных осей в новое начало, то есть в точку O_{1}({3over{2}}, 3), получим каноническое уравнение параболы {x_{1}^2} = -{1over{4}}y_{1}.

Ветви этой параболы направлены вниз симметрично относительно оси O_{1}Y_{1}, 2p = {1over{4}}to{p} = {1over{8}}, {pover{2}} = -{1over{16}} – фокусное расстояние. В новой системе координат фокус находится в точке F(0, -{1over{16}}), уравнение директрисы в новой системе y_{1} = {1over{16}}.

Повернёмся к старым координатам при помощи замены y_{1} = y - 3, x_{1} = x - {3over{2}}. Уравнение оси в новой системе x_{1} = 0, а в старой x - {3over{2}} = 0to {2x - 3 = 0} – уравнение оси параболы.

Уравнение директрисы в новой системе координат y_{1} = {1over{16}}, а в старой y - 3 = {1over{16}}to{y - {49over{16}}} = 0to{16y - 49} = 0.

В новой системе X_{1}O_{1}Y_{1} для фокуса F(0, -{1over{16}}) x_{1} = 0, y_{1} = -{1over{16}}, а в старой системе x_{F} - {3over{2}} = 0to{x_{F}} = {3over{2}}, y_{F} - 3 = -{1over{16}}to{y_{F} = -{1over{16}} + 3to{y_{F}} = {47over{16}}, то есть F({3over{2}}, {47over{16}}).

Ответ

Каноническое уравнение параболы – {x_{1}^2} = -{1over{4}}y_{1};

вершина – ветви параболы направлены вниз;

O_{1}Y_{1}, 2p = {1over{4}}to{p} = {1over{8}}, p_{2} = -{1over{16}} – фокусное расстояние, а фокус находится в точке F(0, -{1over{16}});

уравнение оси x_{1} = 0;

уравнение директрисы y_{1} = {1over{16}}.

Как найти вершину параболы

Общие сведения

Парабола — кривая, состоящая из равноудаленных точек от заданной точки (вершина) и прямой. Последняя называется директрисой. График функции имеет ось симметрии, которая проходит по определенной траектории и зависит от функции кривой (рис. 1). Ее вершина находится в центре координат.

Как находить вершину параболы

Рисунок 1. График квадратичной функции с вершиной в начале координат.

Однако существуют и другие случаи прохождения кривой. Она может пересекать оси абсцисс или ординат. В некоторых случаях ее ветви направлены вниз. При вращении вокруг оси симметрии получается поверхность, которая используется в различных устройствах. По этому принципу изготовлены фары автомобиля, зеркала в телескопах и т. д. Кроме того, парабола — это квадратичная зависимость переменных друг от друга. Парабола имеет некоторые свойства:

Формула нахождения вершины параболы

  1. Парабола — кривая второго порядка.
  2. Ось симметрии перпендикулярна директрисе и проходит через фокус и вершины.
  3. Оптическое свойство отражения.
  4. Отрезок, который соединяет середину любой хорды параболы и точку пересечения касательных прямых, является перпендикуляром относительно директрисы.
  5. Подобность всех парабол.
  6. Траектория фокуса, которая катится по произвольной прямой — цепная молния.

Следует отметить, что оптическое свойство — это способность отражать свет от источника. Если пучок лучей, которые являются параллельными ее оси, отражаются в параболе, то они собираются в фокусе кривой. При нахождении источника света в фокусе происходит отражение параллельного пучка лучей относительно ее оси.

Уравнения квадратичной функции

Параболу можно описать несколькими способами. Каждый из них нужно применять в конкретных случаях для удобства вычислений. Существует три формы описания кривой:

  1. Каноническая.
  2. Квадратичная.
  3. Общая.

В первой форме она имеет следующий вид: y 2 = 2px. Если поменять местами оси декартовой системы, то получится следующий вид: x 2 = 2yp. Коэффициент p — фокальный параметр. Он соответствует расстоянию между фокусом и директрисой. Кроме того, его значение всегда больше нуля. Вершина лежит всегда между фокусом и директрисой кривой на расстоянии, равном p/2 (рис. 2).

Нахождения вершины параболы формула

Рисунок 2. Директриса и фокус.

Пусть уравнение директрисы (прямая, которая параллельна оси ОУ) имеет следующий вид: х + p/2 = 0. Координаты фокуса F — (р/2;0). Начало координат делит луч, проходящий из точки F и точки пересечения с директрисой на 2 равных отрезка. Величина FM рассчитывается таким образом: FM = [(x — p/2)^2 + y 2 ]^0.5. Отрезок (луч) из точки М до директрисы равен p/2 + x. Если приравнять оба выражения, то равенство имеет такой вид: p/2 + x = [(x — p/2)^2 + y 2 ]^0.5. При возведении в квадрат и приведении подобных слагаемых, получается искомое уравнение параболы (y 2 = 2px).

Парабола может задаваться квадратичной функцией. Она имеет такой вид: y = ax 2 + bx + c. Следует учитывать, что коэффициент «a» не должен быть равен 0. Если a=1, b = 0 и с = 0, функция принимает такой вид: y = ax 2 . В этом случае формула нахождения вершины параболы выглядит таким образом:

Формула нахождения вершины параболы

  1. Абсцисса вершины параболы: xa = -b / 2a.
  2. Координата «игрек» по оси ординат: yb = — D / 2a.

В последней формуле переменная D является дискриминантом квадратного уравнения искомой функции. Он вычисляется с помощью такого соотношения: D = b 2 — 4ac. При а>0 фокус лежит на оси, и находится над вершиной. Ось симметрии параллельна оси ординат. Кроме того, она проходит через вершину кривой. Расстояние до нее равно ¼ величины «а». Если а<0, то ось ее симметрии параллельна оси абсцисс. Расстояние до фокуса также равно ¼а. Уравнение y = a (x — xa)^2 + ya — функция, определяющая кривую II порядка, как параболу.

Поскольку искомую функцию можно назвать кривой второго порядка, то ее уравнение может быть записано в виде квадратного многочлена в декартовой системе координат. Вид его имеет такой вид: Ax 2 + Bxy + Cy 2 + Dx + Ey + F = 0. Дискриминант равен нулю (при старших членах).

В полярной системе координат с осями p и v уравнение квадратичной функции имеет такой вид: p (1 + cos (v)) = p. Расстояние от фокуса до директрисы обозначается фокальным коэффициентом p. Кроме того, p соответствует удвоенной длине отрезка, проведенного от фокуса до вершины.

Методы нахождения вершины

В математике есть три способа нахождения координат точки вершины кривой: по формуле, выделением полного квадрата и нахождением производной. Следует отметить, что первый способ не подойдет в том случае, когда функция отличается от вида y = ax 2 + bx + c. Первый способ — расчет по формуле вершины параболы квадратичной функции. Координата x0 вычисляется таким образом: x0 = -b / 2a. Для нахождения координаты y0 следует подставить в функцию найденное значение x0.

Когда функция представлена неполным квадратом, нужно прибавить или отнять одинаковое число к двум частям уравнения. Если воспользоваться этим методом, то можно вычислить сразу значения х и у. Алгоритм нахождения вершины для функции у = x 2 + 4x + 2 имеет такой вид:

Общие сведения о квадратичной функции

  1. Приравнять многочлен к нулю, и перенести свободный член в правую сторону с противоположным знаком: x 2 + 4x = -2.
  2. Дополнить до полного квадрата. Необходимо вычислить свободный член по такому соотношению: с = (b/2)^2 = (4/2)^2 = 4.
  3. Записать полный квадрат, отняв и прибавив свободный член: x 2 + 4x + 4 — 4 = -2.
  4. Выделить квадрат: (x 2 + 2x + 4) — 4 = -2.
  5. Перенести свободное число в правую сторону с противоположным знаком: (x 2 + 2x + 4) = 4 — 2.
  6. Уравнение принимает следующий вид: (x + 2)^2 = 2.
  7. Для того чтобы вычислить x0, нужно решить уравнение (x + 2)^2 = 0. Следовательно, x = -2.
  8. Ординату точки определить очень просто, поскольку ее значение соответствует числу (нужно брать с противоположным знаком), которое находится в правой части уравнения, т. е. у = -2.

При изображении графика вершину нужно сместить в точку (-2;2). Третий способ позволяет узнать координаты вершины с помощью определения производной. Находить ее следует от заданной функции. Для вычисления координат вершины нужно действовать по следующему алгоритму:

  1. Найти производную и приравнять ее к нулю: f'(x) = (ax 2 + bx + c)’ = 2ax + b.
  2. Выразить х: х = -b / (2a).
  3. Подставить в функцию для вычисления y.
  4. Записать координаты точки.

Однако эти все три метода относятся к ручному вычислению. Автоматизация действий осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения. Для этой цели подойдет онлайн-калькулятор, поддерживающий функцию нахождения точек вершины квадратичной кривой. Программы рекомендуется применять только для проверки решения, поскольку очень важно знать методы нахождения этой точки.

Алгоритм построения

В различных задачах нужно выполнить построение графика функции. В некоторых случаях даются координаты вершины, а в других — их следует искать, используя какой-либо метод. Чтобы построить квадратичную функцию, нужно воспользоваться таким алгоритмом:

Примеры решения задач

  1. Если вершина не задана, то нужно найти ее любым из методов.
  2. Определить точки пересечения с осями декартовой системы координат.
  3. Построить таблицу зависимости ординаты от абсциссы. Для этой цели нужно выделить минимум 3 значения «х». Вершина должна находиться по центру таблицы.
  4. Выполнить построение, соединив точки.

Если необходим более точный график, то необходимо брать больше точек. Значения рассчитываются при подстановке значений «х» в функцию. Когда парабола задана функцией y = x 2 + c, нет смысла брать разные значения. Нужно использовать для построения искомой таблицы числа с противоположными знаками. Например, x1 = 2 и x2 = -2.

Специалисты-математики настоятельно рекомендуют не усложнять вычисления. Возможно, в школьных программах и рассматриваются различные случаи. Однако в высших учебных заведениях основной аспект изучения дисциплин с физико-математическим уклоном сводится к оптимизации процесса решения задачи.

Примеры решений

В математике существует определенная классификация заданий на простые и сложные типы. Все они считаются однотипными, но отличаются только объемами вычислений и необходимостью построения графиков. Для решения нужно воспользоваться рекомендуемыми алгоритмами, которые существенно оптимизируют вычисления.

«Корень» трудностей при расчете — отсутствие систематизации вычислений. Не все ими пользуются. В результате простая задача становится очень сложной, поскольку в ней присутствует много ненужных вычислений. Кроме того, как отмечалось выше, рекомендуется «набить руку» на ручных вычислениях, ведь не всегда можно будет воспользоваться программами.

Упрощенная задача

Простым примером задания является следующий: необходимо вычислить координаты вершины точки параболы y = x 2 + 3x — 18. Следует продемонстрировать решение тремя способами. Решение первым методом:

  1. Координата по оси абсцисс: х0 = -3 / (2 * 1) = -1,5.
  2. По ординате: (-1,5)^2 + 3 * (-1,5) — 18 — y= 0. Отсюда, y = -20,25.

Следовательно, вершина находится в точке (-1,5;20,25). Второй способ решения данной задачи имеет такой вид:

Как найти х вершину параболы

  1. Составить уравнение и перенести свободный член: x 2 + 3x = 18.
  2. Вычислить свободный член: с = (b/2)^2 = 2,25.
  3. Записать выражение: x 2 + 3x + 2,25 — 2,25 = 18.
  4. Выделить квадрат: (x 2 + 3x + 2,25) = 20,25.
  5. Определить координаты: (x + 1,5)^2 = 20,25.
  6. Искомая точка: (-1,5;20,25).

Для решения третьим методом следует найти производную: y’ = (x 2 + 3x — 18)’ = 2x + 3. Затем нужно приравнять ее к нулю: 2х + 3 = 0. Уравнение является простым, а его переменная легко находится: x = -3 / 2 = -1,5. После этого необходимо подставить абсциссу в функцию, приравняв ее к 0: y = 20,25.

Повышенная сложность

Задания повышенной сложности сводятся к вычислению нескольких значений. Кроме того, в некоторых случаях следует построить график параболы y = x 2 — 7x +10. Необходимо выполнить такие действия:

  1. Пересечение с осями.
  2. Вычислить экстремум (вершину) всеми методами.
  3. Выполнить графический эскиз (график).

Точек пересечения по ОУ нет. Они есть по оси абсцисс. Следует приравнять функцию к 0. Нахождение корней выполняется по теореме Виета: x1 = 2 и x2 = 5.

Для нахождения вершины необходимо воспользоваться тремя методами. При решении первым способом находится координата x0 = 7 / (2 * 1) = 3,5. Ордината определяется таким образом: y0 = (3,5)^2 — (7 * 3,5) + 10 = -2,25. Точка экстремума имеет координаты (3,5;-2,25). Находить вершину параболы необходимо по такому алгоритму:

  1. Записать уравнение, и выполнить перенос свободного члена: x 2 — 7x = -10.
  2. Найти свободный член: с = (7/2)^2 = 12,25.
  3. Составить уравнение: x 2 — 7x + 12,25 — 12,25 = -10.
  4. Выделить квадрат: (x — 3,5)^2 = 2,25.
  5. Экстремум: (3,5;-2,25).

Для следующего метода нужно найти производную: y’ = (x 2 — 7x +10)’ = 2x — 7. Далее нужно приравнять y’ к нулю: 2x — 7 = 0. Значение по оси абсцисс равно х0 = 3,5, а y0 = -2,25. Далее нужно заполнить таблицу зависимостей ординаты от переменной.

y 4 0 -2 -2,25 -2 0 4
x 1 2 3 3,5 4 5 6

Таблица 1. Зависимость y от x.

После заполнения таблицы следует построить график искомой функции (рис. 3). Таблица состоит из следующих элементов: вершины, точек пересечения с осью абсцисс и 4 произвольных значений.

Как вычислить вершину параболы

Рисунок 3. График функции.

Математики рекомендуют использовать для построения графика полученные значения при расчетах, поскольку подстановка и вычисление произвольных х существенно снижает скорость вычислений.

Таким образом, нахождение координат вершины параболы является довольно простой задачей, поскольку существует несколько методов. Из них можно выбрать оптимальный, который подходит в конкретной ситуации.

Парабола: формулы, примеры решения задач

Определение параболы. Параболой называется множество всех точек плоскости, таких, каждая из которых находится на одинаковом расстоянии от точки, называемой фокусом, и от прямой, называемой директрисой и не проходящей через фокус.

Каноническое уравнение параболы имеет вид:

,

где число p, называемое параметром параболы, есть расстояние от фокуса до директрисы.

На чертеже линия параболы — бордового цвета, директриса — ярко-красного цвета, расстояния от точки до фокуса и директрисы — оранжевого.

В математическом анализе принята другая запись уравнения параболы:

то есть ось параболы выбрана за ось координат. Можно заметить, что ax² — это квадратный трёхчлен ax² + bx + c , в котором b = 0 и c = 0 . График любого квадратного трёхчлена, то есть левой части квадратного уравнения, будет параболой.

Фокус параболы имеет координаты

Директриса параболы определяется уравнением .

Расстояние r от любой точки параболы до фокуса определяется формулой .

Для каждой из точек параболы расстояние до фокуса равно расстоянию до директрисы.

Пример 1. Определить координаты фокуса параболы

Решение. Число p расстояние от фокуса параболы до её директрисы. Начало координат в данном случае — в роли любой точки, расстояния от которой от фокуса до директрисы равны. Находим p:

Находим координаты фокуса параболы:

Пример 2. Составить уравнение директрисы параболы

Решение. Находим p:

Получаем уравнение директрисы параболы:

Пример 3. Составить уравнение параболы, если расстояние от фокуса до директрисы равно 2.

Решение. Параметр p — это и есть данное расстояние от фокуса до директрисы. Подставляем и получаем:

Траектория камня, брошенного под углом к горизонту, летящего футбольного мяча или артиллерийского снаряда будет параболой (при отсутствии сопротивления воздуха). Зона достижимости для пущенных камней вновь будет параболой. В данном случае речь идёт об огибающей кривой траекторий камней, выпущенных из данной точки под разными углами, но с одной и той же начальной скоростью.

Парабола обладает следующим оптическим свойством: все лучи, исходящие из источника света, находящегося в фокусе параболы, после отражения оказываются направленными параллельно её оси. Это свойство параболы используется при изготовлении прожекторов, автомобильных фар, карманных фонариков, зеркала которых имеют вид параболоидов вращения (фигур, получающихся при вращении параболы вокруг оси). Пучок параллельных лучей, двигающийся вдоль оси параболы, отражаясь, собирается в её фокусе.

Директриса параболы

Вы будете перенаправлены на Автор24

Директрисой параболы называют такую прямую, кратчайшее расстояние от которой до любой точки $M$, принадлежащей параболе точно такое же, как и расстояние от этой же точки до фокуса параболы $F$.

Рисунок 1. Фокус и директриса параболы

Основные понятия параболы

Отношение расстояний от точки $M$, лежащей на параболе, до этой прямой и от этой же точки до фокуса $F$ параболы называют эксцентриситетом параболы $ε$.

Чтобы найти эксцентриситет параболы, достаточно воспользоваться следующей формулой из определения эксцентриситета: $ε =frac$, где точка $M_d$ — точка пересечения перпендикуляра, опущенного из точки $M$ c прямой $d$.

Каноническая парабола задается уравнением вида $y^2 = px$, где $p$ обязательно должно быть больше нуля.

Более часто приходится иметь дело с параболой, вершина которой не находится в точке начала координатных осей, и тогда уравнение параболы приобретает следующий вид:

$y = ax^2 + bx + c$, при этом коэффициент $a$ не равен нулю.

Чтобы найти директрису такой параболы, необходимо от такой формы перейти к канонической, ниже в примерах показано, как это сделать.

Расстояние от фокуса до директрисы параболы называется её фокальным параметром $p$. Уравнение директрисы канонической параболы имеет следующий вид: $x=-p/2$

Алгоритм составления уравнения директрисы параболы, заданной не каноническим уравнением

Готовые работы на аналогичную тему

Чтобы составить уравнение директрисы параболы, вершина которой не находится на пересечении осей координат, достаточно воспользоваться следующим алгоритмом:

  1. Перенесите все слагаемые с $y$ в левую часть уравнения, а с $x$ — в правую.
  2. Упростите полученное выражение.
  3. Введите дополнительные переменные чтобы прийти к каноническому виду уравнения.

Составьте уравнение директрисы параболы, описанной уравнением $4x^2 + 24 x – 4y + 36 = 0$

Переносим все слагаемые с $y$ в левую часть и избавляемся от множителя, получаем:

$y^2 = x^2 + 6x – y + 9$

Приводим в форму квадрата:

Вводим дополнительные переменные $t = x + 3$ и $y = z$

  • Получаем следующее уравнение: $t^2 = z$
  • Выражаем $p$ из канонического уравнения параболы, получаем $p = frac<2x>$, следовательно, в нашем случае $p = frac<1><2>$.
  • Уравнение директрисы приобретает следующий вид: $t = -frac<1><4>cdot t$. Подставляем $t$ и получаем следующее уравнение директрисы $x = -3frac<1><4>$.
  • Получи деньги за свои студенческие работы

    Курсовые, рефераты или другие работы

    Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 09 12 2021

    Парабола — определение и вычисление с примерами решения

    Парабола:

    Определение: Параболой называется геометрическое место точек равноудаленных от выделенной точки F, называемой фокусом параболы, и прямой (l), называемой директрисой.

    Получим каноническое уравнение параболы. Выберем декартову систему координат так, чтобы фокус F лежал на оси абсцисс, а директриса проходила бы через точку, расположенную симметрично фокусу, перпендикулярно к оси абсцисс (Рис. 34). Пусть точка M(х; у) принадлежит параболе: Вычислим расстояния от точки M(х; у) до фокуса и директрисы

    Рис. 34. Парабола, (уравнение директрисы.

    Возведем обе части уравнения в квадрат

    Раскрывая разность квадратов, стоящую в правой части уравнения, получим каноническое уравнение параболы: (а также аналогичные ему, см. Рис. 35а и Рис. 356).

    Рис. 35а. Параболы и их уравнения.

    Рис. 356. Параболы и их уравнения.

    Найдем координаты точек пересечения параболы с координатными осями:

    • — точка пересечения параболы с осью абсцисс;
    • — точка пересечения параболы с осью ординат.

    Определение: Точка О(0; 0) называется вершиной параболы.

    Если точка М(х; у) принадлежит параболе, то ей принадлежат и точка следовательно, парабола симметрична относительно оси абсцисс.

    Пример:

    Дано уравнение параболы Определить координаты фокуса параболы и составить уравнение параболы.

    Решение:

    Так как из уравнения параболы следует, что следовательно, Таким образом, фокус этой параболы лежит в точке а уравнение директрисы имеет вид

    Пример:

    Составить каноническое уравнение параболы, фокус которой лежит на оси Ох слева от начала координат, а параметр р равен расстоянию от фокуса гиперболы до её асимптоты.

    Решение:

    Для определения координат фокусов гиперболы преобразуем её уравнение к каноническому виду.

    Гипербола:

    Следовательно, действительная полуось гиперболы а мнимая полуось — Гипербола вытянута вдоль оси абсцисс Ох. Определим расположение фокусов данной гиперболы Итак, Вычислим расстояние от фокуса до асимптоты которое равно параметру р:

    Следовательно, каноническое уравнение параболы, фокус которой лежит на оси Ох слева от начала координат имеет вид:

    Пример:

    Составить каноническое уравнение параболы, фокус которой совпадает с одним из фокусов эллипса Написать уравнение директрисы.

    Решение:

    Для определения координат фокусов эллипса преобразуем его уравнение к каноническому виду. Эллипс:

    Следовательно, большая полуось эллипса а малая полуось Так как , то эллипс вытянут вдоль оси абсцисс Ох. Определим расположение фокусов данного эллипса Итак, Так как фокус параболы совпадает с одним из фокусов или эллипса, то параметр р найдем из равенства уравнение параболы имеет вид Директриса определяется уравнением

    Уравнение параболоида вращения

    Пусть вертикальная парабола

    расположенная в плоскости Охz, вращается вокруг своей оси (ось Oz). При вращении получается поверхность, носящая название параболоида вращения (рис. 207).

    Для вывода уравнения поверхности рассмотрим произвольную точку параболоида вращения, и пусть эта точка получена в результате вращения точки N(X, 0, Z) данной параболы вокруг точки С(0, 0, Z).

    Так как точки М и N расположены в одной и той же горизонтальной плоскости и CN = СМ как радиусы одной и той же окружности, то имеем

    Подставляя формулы (2) в уравнение (1), получим уравнение параболоида вращения

    Заметим, что форму параболоида вращения имеет поверхность ртути, находящейся в вертикальном цилиндрическом сосуде, быстро вращающемся вокруг своей оси. Это обстоятельство используют в технике для получения параболических зеркал.

    Рекомендую подробно изучить предметы:
    • Геометрия
    • Аналитическая геометрия
    • Начертательная геометрия
    Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
    • Многогранник
    • Решение задач на вычисление площадей
    • Тела вращения: цилиндр, конус, шар
    • Четырехугольник
    • Многогранники
    • Окружность
    • Эллипс
    • Гипербола

    При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

    Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

    Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

    Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

    Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

    источники:

    http://spravochnick.ru/matematika/parabola/direktrisa_paraboly/

    http://www.evkova.org/parabola

    Определение.
    Параболой называется множество точек
    плоскости, каждая из которых находится
    на одинаковом расстоянии от данной
    точки F,
    называемой фокусом, и данной прямой l,
    не проходящей через фокус, называемой
    директрисой.

    Для
    вывода уравнения параболы за ось Ox
    примем прямую, проходящую через фокус
    F
    перпендикулярно директрисе l.
    За положительное направление оси абсцисс
    возьмём направление от директрисы к
    фокусу. За начало координат возьмем
    точку O,
    которая делит пополам отрезок от
    директрисы до фокуса. Длину этого отрезка
    обозначим через P
    и назовем фокальным параметром параболы.

    Тогда
    фокус F
    имеет координаты
    ,
    а точка A
    оси Ox,
    через которую проходит директриса l,
    имеет
    координаты
    .
    Возьмем произвольную точку M(x,y)
    параболы и соединим ее с фокусом F,
    а затем опустим перпендикуляр MN
    на директрису l.
    При этом длину отрезка MN
    обозначим через r
    и назовем фокальным радиусом точки M,
    а длину отрезка MN
    обозначим d.
    Тогда по определению параболы имеем:

    .

    Замечание:
    По аналогии с эллипсом и гиперболой
    число
    ,
    назовем директрисой параболы. Так как
    r=d,
    то для параболы
    .

    Теорема.
    Пусть прямоугольная декартова система
    координат Oxy
    выбрана указанным выше способом. Тогда
    в этой системе координат парабола имеет
    каноническое уравнение:
    .

    Доказательство.

    Пусть
    M(x;y)
    – произвольная точка параболы,

    – фокус,

    или

    – уравнение директрисы. Тогда имеем:



    ;

    — расстояние от точки M(x,y)
    до прямой l,
    причем x≥0.


    .


    .

    Теорема
    доказана.

    §19. Исследование уравнения параболы

    Пусть
    парабола задана каноническим уравнением:



    (1)

    1. Ось и вершина

    Так
    как уравнение (1) содержит переменную


    во второй степени, то оно не изменится
    при замене

    на
    ,
    следовательно, парабола симметрична
    относительно оси абсцисс Ox.

    Других
    осей симметрии и центра симметрии у
    параболы нет.

    С
    осью Ox
    парабола пересекается в начале координат,
    так как при

    имеем и
    .

    Определение.
    Ось симметрии параболы называется ее
    осью, точка пересечения параболы с осью
    называется ее вершиной.

    2. Расположение относительно оси и директрисы

    Так
    как

    (расстояние), то из (1) имеем:
    .
    Следовательно, парабола расположена
    относительно оси Oy,
    а следовательно, и относительно и
    директрисы по ту же сторону, что и фокус.
    Если
    ,
    то
    .
    Следовательно, при неограниченном
    удалении от вершины парабола неограниченно
    удаляется от оси.

    3. Фокальная хорда

    Определение.
    Фокальной называется хорда, проходящая
    через фокус параболы перпендикулярно
    ее оси.

    Покажем,
    что ее длина равна удвоенному фокальному
    параметру:


    4. Другие виды уравнения параболы

    1)

    .

    2)

    .

    3)

    .

    4)

    .

    5)

    .

    Oˡ(x0;y0)
    – вершина параболы.

    §20. Уравнения эллипса, гиперболы и параболы в полярных координатах

    Теорема
    1.

    Эллипс, отличный от окружности, гипербола
    и парабола являются множествами точек
    плоскости, для которых отношение
    расстояния до данной точки F
    к расстоянию до данной прямой l
    есть величина постоянная.

    Замечания.

    1)
    Для эллипса и гиперболы теорема 1
    непосредственно следует из теоремы о
    директрисах, причем F
    – один из фокусов, l
    – ближайшая к этому фокусу директриса.
    Для параболы теорема 1 следует из ее
    определения, где F
    – фокус параболы, l
    – ее директриса;

    2)
    Указанное отношение расстояний есть
    эксцентриситет линии;

    3)
    Окружность не имеет директрис, так как
    Ɛ=0
    и
    .

    Теорема
    2.

    Эллипс, гипербола, парабола, эксцентриситетами
    Ɛ
    имеют в некоторой полярной системе
    координат уравнение:


    .
    (1)

    Доказательство.

    Примем
    за полюс фокус F
    соответствующей линии, полярную ось
    проведем через фокус F
    перпендикулярно соответствующей
    директрисе l
    в направлении от l
    к F.

    Пусть
    M
    – произвольная точка линии, M0
    – точка линии, для которой
    ;
    обозначим FM0
    через p
    – фокальный параметр точки M0.


    ;

    Согласно
    теореме 1 имеем:



    Замечания.

    1)
    Для параболы Ɛ=1,
    p
    – фокальный параметр, тогда парабола
    имеет полярное уравнение
    .

    2)
    Для эллипса и гиперболы — уравнениям



    и (2)


    ,
    (3)

    получаем:

    .

    Например,
    для уравнения (2) имеем:
    =p
    – фокальный параметр, тогда для точки
    M0
    эллипса имеем:


    .

    Для
    окружности Ɛ=0
    и ее полярное уравнение принимает вид:

    ,
    где p
    – радиус окружности,
    .

    Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

    • #
    • #
    • #
    • #
    • #
    • #
    • #
    • #
    • #
    • #
    • #

    Понравилась статья? Поделить с друзьями:

    Не пропустите также:

  • Как исправить моргающий экран ноутбука
  • Как найти центр тяжести прямоугольной трапеции
  • Как найти товарища в майнкрафт
  • Как найти сайт моего роутера
  • Как найти число в 3 степени дает

  • 0 0 голоса
    Рейтинг статьи
    Подписаться
    Уведомить о
    guest

    0 комментариев
    Старые
    Новые Популярные
    Межтекстовые Отзывы
    Посмотреть все комментарии