Как найти ординату вершины гиперболы

Гипербола:

Определение: Гиперболой называется геометрическое место точек абсолютное значение разности расстояний от которых до двух выделенных точек Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Получим каноническое уравнение гиперболы. Выберем декартову систему координат так, чтобы фокусы Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Рис. 31. Вывод уравнения гиперболы.

Расстояние между фокусами (фокусное расстояние) равно Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Согласно определению, для гиперболы имеем Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Из треугольников Гипербола - определение и вычисление с примерами решения по теореме Пифагора найдем Гипербола - определение и вычисление с примерами решениясоответственно.

Следовательно, согласно определению имеем

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Возведем обе части равенства в квадрат, получим

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Перенося квадратный корень в левую часть, а все остальное в правую часть равенства, находимГипербола - определение и вычисление с примерами решения Раскроем разность квадратов Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Подставим найденное выражение в уравнение и сократим обе части равенства на 4, тогда оно перейдет в уравнение Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Вновь возведем обе части равенства в квадрат Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Раскрывая все скобки в правой части уравнения, получим Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Соберем неизвестные в левой части, а все известные величины перенесем в правую часть уравнения, получим Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Введем обозначение для разности, стоящей в скобках Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Получим Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Разделив все члены уравнения на величину Гипербола - определение и вычисление с примерами решения получаем каноническое уравнение гиперболы: Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Для знака “+” фокусы гиперболы расположены на оси Ох, вдоль которой вытянута гипербола. Для знака фокусы гиперболы расположены на оси Оу, вдоль которой вытянута гипербола.

Проанализируем полученное уравнение. Если точка М(х;у) принадлежит гиперболе, то ей принадлежат и симметричные точки Гипербола - определение и вычисление с примерами решения и Гипербола - определение и вычисление с примерами решенияследовательно, гипербола симметрична относительно координатных осей, которые в данном случае будут называться осями симметрии гиперболы (Рис. 32). Найдем координаты точек пересечения гиперболы с координатными осями: Гипербола - определение и вычисление с примерами решения т.е. точками пересечения гиперболы с осью абсцисс будут точки Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Гипербола - определение и вычисление с примерами решения т.е. гипербола не пересекает ось ординат.

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Рис. 32. Асимптоты и параметры гиперболы Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Определение: Найденные точки Гипербола - определение и вычисление с примерами решения называются вершинами гиперболы.

Докажем, что при возрастании (убывании) переменной х гипербола неограниченно приближается к прямым Гипербола - определение и вычисление с примерами решения не пересекая эти прямые. Из уравнения гиперболы находим, что Гипербола - определение и вычисление с примерами решения При неограниченном росте (убывании) переменной х величина Гипербола - определение и вычисление с примерами решения следовательно, гипербола будет неограниченно приближаться к прямым Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Определение: Прямые, к которым неограниченно приближается график гиперболы называются асимптотами гиперболы.

В данном конкретном случае параметр а называется действительной, а параметр b – мнимой полуосями гиперболы.

Определение: Эксцентриситетом гиперболы называется отношение фокусного расстояния к действительной полуоси гиперболы Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Из определения эксцентриситета гиперболы следует, что он удовлетворяет неравенству Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Кроме того, эта характеристика описывает форму гиперболы. Для демонстрации этого факта рассмотрим квадрат отношения мнимой полуоси гиперболы к действительной полуоси Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Если эксцентриситет Гипербола - определение и вычисление с примерами решения и гипербола становится равнобочной. Если Гипербола - определение и вычисление с примерами решения и гипербола вырождается в два полубесконечных отрезкаГипербола - определение и вычисление с примерами решения

Пример:

Составить каноническое уравнение гиперболы, если мнимая полуось b = 5 и гипербола проходит через точку М(4; 5).

Решение:

Для решения задачи воспользуемся каноническим уравнением гиперболы, подставив в него все известные величины: Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Следовательно, каноническое уравнение гиперболы имеет видГипербола - определение и вычисление с примерами решения

Пример:

Составить уравнение гиперболы, вершины которой находятся в фокусах, а фокусы – в вершинах эллипса Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Для определения координат фокусов и вершин эллипса преобразуем его уравнение к каноническому виду. Эллипс: Гипербола - определение и вычисление с примерами решения илиГипербола - определение и вычисление с примерами решения Следовательно, большая полуось эллипса Гипербола - определение и вычисление с примерами решения а малая полуось Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Итак, вершины эллипса расположены на оси Гипербола - определение и вычисление с примерами решения и Гипербола - определение и вычисление с примерами решения на оси Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Так как Гипербола - определение и вычисление с примерами решения то эллипс вытянут вдоль оси абсцисс Ох. Определим расположение фокусов данного эллипса Гипербола - определение и вычисление с примерами решенияИтак, Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Согласно условию задачи (см. Рис. 33): Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Рис. 33. Параметры эллипса и гиперболы

Вычислим длину мнимой полуоси Гипербола - определение и вычисление с примерами решения Уравнение гиперболы имеет вид: Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Гипербола в высшей математике

Рассмотрим уравнение

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Решая его относительно Гипербола - определение и вычисление с примерами решения, получим две явные функции

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

или одну двузначную функцию

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Функция Гипербола - определение и вычисление с примерами решения имеет действительные значения только в том случае, если Гипербола - определение и вычисление с примерами решения. При Гипербола - определение и вычисление с примерами решения функция Гипербола - определение и вычисление с примерами решения действительных значений не имеет. Следовательно, если Гипербола - определение и вычисление с примерами решения, то точек с координатами, удовлетворяющими уравнению (3), не существует.

При Гипербола - определение и вычисление с примерами решения получаемГипербола - определение и вычисление с примерами решения.

При Гипербола - определение и вычисление с примерами решения каждому значению Гипербола - определение и вычисление с примерами решения соответствуют два значения Гипербола - определение и вычисление с примерами решения, поэтому кривая симметрична относительно оси Гипербола - определение и вычисление с примерами решения. Так же можно убедиться в симметрии относительно оси Гипербола - определение и вычисление с примерами решения. Поэтому в рассуждениях можно ограничиться рассмотрением только первой четверти. В этой четверти при увеличении х значение у будет также увеличиваться (рис. 36).

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Кривая, все точки которой имеют координаты, удовлетворяющие уравнению (3), называется гиперболой.

Гипербола в силу симметрии имеет вид, указанный на рис. 37.

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Точки пересечения гиперболы с осью Гипербола - определение и вычисление с примерами решения называются вершинами гиперболы; на рис. 37 они обозначены буквами Гипербола - определение и вычисление с примерами решения и Гипербола - определение и вычисление с примерами решения.

Часть гиперболы, расположенная в первой и четвертой четвертях, называется правой ветвью, а часть гиперболы, расположенная во второй и третьей четвертях, — левой ветвью.

Рассмотрим прямую, заданную уравнением Гипербола - определение и вычисление с примерами решения. Чтобы не смешивать ординату точки, расположенной на этой прямой, с ординатой точки, расположенной на гиперболе, будем обозначать ординату точки на прямой Гипербола - определение и вычисление с примерами решения, а ординату точки на гиперболе через Гипербола - определение и вычисление с примерами решения. Тогда Гипербола - определение и вычисление с примерами решения, Гипербола - определение и вычисление с примерами решения(рассматриваем только кусок правой ветви, расположенной в первой четверти). Найдем разность ординат точек, взятых на прямой и на гиперболе при одинаковых абсциссах:

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Умножим и разделим правую часть наГипербола - определение и вычисление с примерами решения

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

или

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Окончательно

Гипербола - определение и вычисление с примерами решения

Будем придавать Гипербола - определение и вычисление с примерами решения все большие и большие значения, тогда правая часть равенства Гипербола - определение и вычисление с примерами решения будет становиться все меньше и меньше, приближаясь к нулю. Следовательно, разность Гипербола - определение и вычисление с примерами решения будет приближаться к нулю, а это значит, что точки, расположенные на прямой и гиперболе, будут сближаться. Таким образом, можно сказать, что рассматриваемая часть правой ветви гиперболы по мере удаления от начала координат приближается к прямой Гипербола - определение и вычисление с примерами решения.

Вследствие симметрии видно, что часть правой ветви, расположенная в четвертой четверти, будет приближаться к прямой, определяемой уравнением Гипербола - определение и вычисление с примерами решения. Также кусок левой ветви, расположенный во второй четверти, приближается к прямой Гипербола - определение и вычисление с примерами решения, а кусок левой ветви, расположенный в третьей четверти, — к прямой Гипербола - определение и вычисление с примерами решения.

Прямая, к которой неограниченно приближается гипербола при удалении от начала координат, называется асимптотой гиперболы.

Таким образом, гипербола имеет две асимптоты, определяемые уравнениями Гипербола - определение и вычисление с примерами решения (рис. 37).

  • Парабола
  • Многогранник
  • Решение задач на вычисление площадей
  • Тела вращения: цилиндр, конус, шар
  • Правильные многогранники в геометрии
  • Многогранники
  • Окружность
  • Эллипс

Гипербола: формулы, примеры решения задач

Определение гиперболы, решаем задачи вместе

Определение гиперболы. Гиперболой называется множество всех точек плоскости, таких, для которых модуль разности расстояний от двух точек, называемых фокусами, есть величина постоянная и меньшая, чем расстояние между фокусами.

Каноническое уравнение гиперболы имеет вид:

,

где a и b – длины полуосей, действительной и мнимой.

На чертеже ниже фокусы обозначены как и .

На чертеже ветви гиперболы – бордового цвета.

При a = b гипербола называется равносторонней.

Пример 1. Составить каноническое уравнение гиперболы, если его действительная полуось a = 5 и мнимая = 3.

Решение. Подставляем значения полуосей в формулу канонического уравения гиперболы и получаем:

.

Точки пересечения гиперболы с её действительной осью (т. е. с осью Ox) называются вершинами. Это точки (a, 0) (- a, 0), они обозначены и надписаны на рисунке чёрным.

Точки и , где

,

называются фокусами гиперболы (на чертеже обозначены зелёным, слева и справа от ветвей гиперболы).

называется эксцентриситетом гиперболы.

Гипербола состоит из двух ветвей, лежащих в разных полуплоскостях относительно оси ординат.

Пример 2. Составить каноническое уравнение гиперболы, если расстояние между фокусами равно 10 и действительная ось равна 8.

Если действительная полуось равна 8, то её половина, т. е. полуось a = 4 ,

Если расстояние между фокусами равно 10, то число c из координат фокусов равно 5.

То есть, для того, чтобы составить уравнение гиперболы, потребуется вычислить квадрат мнимой полуоси b.

Подставляем и вычисляем:

Получаем требуемое в условии задачи каноническое уравнение гиперболы:

.

Пример 3. Составить каноническое уравнение гиперболы, если её действительная ось равна 48 и эксцентриситет .

Решение. Как следует из условия, действительная полуось a = 24 . А эксцентриситет – это пропорция и так как a = 24 , то коэффициент пропорциональности отношения с и a равен 2. Следовательно, c = 26 . Из формулы числа c выражаем квадрат мнимой полуоси и вычисляем:

.

Результат – каноническое уравнение гиперболы:

Если – произвольная точка левой ветви гиперболы () и – расстояния до этой точки от фокусов , то формулы для расстояний – следующие:

.

Если – произвольная точка правой ветви гиперболы () и – расстояния до этой точки от фокусов , то формулы для расстояний – следующие:

.

На чертеже расстояния обозначены оранжевыми линиями.

Для каждой точки, находящейся на гиперболе, сумма расстояний от фокусов есть величина постоянная, равная 2a.

Прямые, определяемые уравнениями

,

называются директрисами гиперболы (на чертеже – прямые ярко-красного цвета).

Из трёх вышеприведённых уравнений следует, что для любой точки гиперболы

,

где – расстояние от левого фокуса до точки любой ветви гиперболы, – расстояние от правого фокуса до точки любой ветви гиперболы и и – расстояния этой точки до директрис и .

Пример 4. Дана гипербола . Составить уравнение её директрис.

Решение. Смотрим в уравнение директрис и обнаруживаем, что требуется найти эксцентриситет гиперболы, т. е. . Вычисляем:

.

Получаем уравнение директрис гиперболы:

Многие задачи на директрисы гиперболы аналогичны задачам на директрисы эллипса. В уроке “Эллипс” это пример 7.

Характерной особенностью гиперболы является наличие асимптот – прямых, к которым приближаются точки гиперболы при удалении от центра.

Асимптоты гиперболы определяются уравнениями

.

На чертеже асимптоты – прямые серого цвета, проходящие через начало координат O.

Уравнение гиперболы, отнесённой к асимптотам, имеет вид:

, где .

В том случае, когда угол между асимптотами – прямой, гипербола называется равнобочной, и если асимптоты равнобочной гиперболы выбрать за оси координат, то её уравнение запишется в виде y = k/x , то есть в виде уравения обратной пропорциональной зависимости.

Пример 5. Даны уравнения асимптот гиперболы и координаты точки , лежащей на гиперболе. Составить уравнение гиперболы.

Решение. Дробь в уравнении асимптот гиперболы – это пропорция, следовательно, нужно сначала найти коэффициент пропорциональности отношения . Для этого подставляем в формулу канонического уравнения гиперболы координаты точки M x и y и значения числителя и знаменателя из уравнения асимптоты, кроме того, умножаем каждую дробь в левой части на коэффициент пропорциональности k.

.

Теперь имеем все данные, чтобы получить каноническое уравнение гиперболы. Получаем:

Гипербола обладает оптическим свойством, которое описывается следующим образом: луч, исходящий из источника света, находящегося в одном из фокусов гиперболы, после отражения движется так, как будто он исходит из другого фокуса.

Решить задачи на гиперболу самостоятельно, а затем посмотреть решения

Пример 6. Фокусы эллипса расположены на оси Ox симметрично относительно начала координат. Составить каноническое уравнение эллипса, если:

1) b = 4 , а один из фокусов в точке (5; 0)

2) действительная ось 6, расстояние между фокусами 8

3) один из фокусов в точке (-10; 0), уравнения асимптот гиперболы

2.4 Гипербола

Гиперболой Называется геометрическое место точек на плоскости, разность расстояний которых до двух данных точек, называемых фокусами, есть величина постоянная.

Обозначим эту постоянную через 2А, расстояние между фокусами через 2С, а оси координат выберем так же, как в разделе 2.3.

Пусть М(Х, У) – произвольная точка гиперболы (рисунок 2.4).

По определению гиперболы F2MF1М = ±2A. (Знак плюс в правой части надо выбрать, если F2M > F1М, и минус, если F2M A).

Исследуем формулу гиперболы.

1. Уравнение (2.7) содержит квадраты текущих координат, следовательно, оси координат являются осями симметрии гиперболы. Ось симметрии, на которой находятся фокусы, называется фокальной осью, точка пересечения осей симметрии – центром гиперболы. Для гиперболы, заданной уравнением (2.7), фокальная ось совпадает с осью ОХ, а центр – с началом координат.

В этом случае координаты фокусов гиперболы имеют вид F1(с,0), F2(-с,0).

2. Точки пересечения с осями симметрии. Точки пересечения гиперболы с осями симметрии называются Вершинами гиперболы. Полагая в уравнении (2.7) У = 0, найдем абсциссы точек пересечения с осью ОХ:

или X2 = А2, откуда Х = ±А.

Итак, точки и являются вершинами гиперболы.

Если же в уравнении (2.7) принять x = 0, получим

или У2 = –B2,

Т. е. для У мы получили мнимые значения. Это означает, что гипербола не пересекает ось ОY.
В соответствии с этим ось симметрии, пересекающая гиперболу, называется действительной осью (фокальная ось); ось симметрии, которая не пересекает гиперболу, – ее мнимой осью. Для гиперболы, заданной уравнением (2.7), действительной осью симметрии является ось ОХ, а мнимой осью – ось ОY. Длина отрезка А1А2 = 2А, число А называется действительной полуосью гиперболы. Отложим на мнимой оси гиперболы по обе стороны от центра симметрии O отрезки ОВ1 и ОВ2 длиною B, тогда отрезок В1B2 = 2B называют мнимой осью, а величину B – мнимой полуосью гиперболы.

Из уравнения (2.7) видно, что , следовательно, |X| ³ A. Кривая имеет форму, изображенную на рисунке 2.5. Она располагается вне прямоугольника со сторонами, равными 2А и 2B, с центром в начале координат, и состоит из двух отдельных ветвей, простирающихся в бесконечность (см. рисунок 2.5). Диагонали этого прямоугольника определяются уравнениями

(2.8)

И являются Асимптотами гиперболы.

Если A = B, гипербола называется равносторонней.

Замечание 1. Если мнимая ось гиперболы равна 2А и расположена на оси ОХ, а действи-тельная ось равна 2B и расположена на оси ОY, то уравнение такой гиперболы (рисунок 2.6) имеет вид (каноническое уравнение гиперболы, если ее фокальная ось – ось Y)

(2.9)

Координаты фокусов в этом случае имеет вид F1(0,с) и F2(0,-с).

Гиперболы (2.7) и (2.9) называются Сопряженными гиперболами.

Замечание 2. Эксцентриситетом Гиперболы называется отношение фокусного расстояния к действительной полуоси гиперболы

(2.10)

Для любой гиперболы ε > 1, это число определяет форму гиперболы.

Пример 2.3. Найти координаты фокусов и вершин гиперболы

Написать уравнение ее асимптот и вычислить эксцентриситет.

Решение. Напишем каноническое уравнение гиперболы, для чего обе части уравнения поделим на 144. После сокращения получим

.

Отсюда видно, что А2 = 9, т. е. A = 3 и B2 = 16, т. е. B = 4.

Для гиперболы С2 = А2 + B2 = 16 + 9 = 25, отсюда C = 5.

Теперь можем написать координаты вершин и фокусов гиперболы:

Эксцентриситет , а уравнения асимптот имеют вид

и .

Что такое гипербола

О чем эта статья:

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Понятие гиперболы

Гипербола — это множество точек на плоскости, для которых модуль разности расстояний от двух точек (они же — «фокусы») — величина постоянная и меньшая, чем расстояние между фокусами.

Каноническое уравнение гиперболы в алгебре выглядит так:

, где a и b — положительные действительные числа.

Кстати, канонический значит принятый за образец.

В отличие от эллипса, здесь не соблюдается условие a > b, значит а может быть меньше b. А если a = b, то гипербола будет равносторонней.

Мы помним, что гипербола в математике выглядит так y = 1/x, что значительно отличается от канонической записи.

Вспомним особенности математической гиперболы:

  • Две симметричные ветви.
  • Две асимптоты. Асимптота — это прямая, которая обладает таким свойством, что расстояние от точки кривой до этой прямой стремится к нулю при удалении точки вдоль ветви в бесконечность. Их значение помогает найти специальное уравнение асимптот гиперболы.

Если гипербола задана каноническим уравнением, то асимптоты можно найти так:

Пример 1. Построить гиперболу, которая задана уравнением 5(x^2) – 4(y^2) = 20.

    Приведем данное уравнение к каноническому виду (x^2)/(a^2) – (y^2)/(b^2) = 1.

Чтобы получить «единицу» в правой части, обе части исходного уравнения делим на 20:

  • Сокращаем обе дроби в уме или при помощи трехэтажной дроби:
  • Выделяем квадраты в знаменателях:
  • Готово. Можно начертить гиперболу.
  • Можно было сделать проще и дроби левой части 5(x^2)/20 – 4(y^2)/20 = 1 сразу сократить и получить (x^2)/4 – (y^2)/5 = 1. Нам повезло с примером, потому что число 20 делится и на 4 и на 5. Рассмотрим пример посложнее.

    Пример 2. Построить гиперболу, которая задана уравнением 3(x^2)/20 – 8(y^2)/20 = 1.

    1. Произведем сокращение при помощи трехэтажной дроби:
    2. Воспользуемся каноническим уравнением
      • Найдем асимптоты гиперболы. Вот так:
        Важно! Без этого шага ветви гиперболы «вылезут» за асимптоты.
      • Найдем две вершины гиперболы, которые расположены на оси абсцисс в точках A1(a; 0), A2(-a; 0).

    Если y = 0, то каноническое уравнение (x^2)/(a^2) – (y^2)/(b^2) = 1 превращается в (x^2)/(a^2) = 1, из чего следует, что x^2 = a^2 -> x = a, x = -a.

    Данная гипербола имеет вершины A1(2; 0), A2(-2; 0).

    Найдем дополнительные точки — хватит двух-трех.

    В каноническом положении гипербола симметрична относительно начала координат и обеих координатных осей, поэтому вычисления достаточно провести для одной координатной четверти.

    Способ такой же, как при построении эллипса. Из полученного канонического уравнения

    на черновике выражаем:

    Уравнение распадается на две функции:

    — определяет верхние дуги гиперболы (то, что ищем);

    — определяет нижние дуги гиперболы.

    Далее найдем точки с абсциссами x = 3, x = 4:

  • Изобразим на чертеже полученные асимптоты y = (√5/2)x, y = -(√5/2)x, вершины A1(2; 0), A2(-2; 0), дополнительные C1, C2 и симметричные им точки в других координатных четвертях. Аккуратно соединяем соответствующие точки у каждой ветви гиперболы.
  • Может возникнуть техническая трудность с иррациональным угловым коэффициентом √5/2 ≈ 1,12, но это вполне преодолимая проблема.

    Действительная ось гиперболы — отрезок А1А2.

    Расстояние между вершинами — длина |A1A2| = 2a.

    Действительная полуось гиперболы — число a = |OA1| = |OA2|.

    Мнимая полуось гиперболы — число b.

    В нашем примере: а = 2, b = √5, |А1А2| = 4. И если такую гиперболу повернуть вокруг центра симметрии или переместить, то значения не изменятся.

    Форма гиперболы

    Повторим основные термины и узнаем, какие у гиперболы бывают формы.

    Гипербола симметрична относительно точки О — середины отрезка F’F. Она также симметрична относительно прямой F’F и прямой Y’Y, проведенной через О перпендикулярно F’F. Точка О — это центр гиперболы.

    Прямая F’F пересекает гиперболу в двух точках: A (a; 0) и A’ (-a; 0). Эти точки — вершины гиперболы. Отрезок А’А = 2a — это действительная ось гиперболы.

    Несмотря на то, что прямая Y’Y не пересекает гиперболу, на ней принято откладывать отрезки B’O = OB = b. Такой отрезок B’B = 2b (также и прямую Y’Y) можно назвать мнимой осью гиперболы.

    Так как AB^2 = OA^2 + OB^2 = a^2 + b^2, то из равенства следует: AB = c, то есть расстояние от вершины гиперболы до конца мнимой оси равно полуфокусному расстоянию.

    Мнимая ось 2b может быть больше, меньше или равна действительной оси 2а. Если действительная и мнимая оси равны (a = b) — это равносторонняя гипербола.

    Отношение F’F/А’А фокусного расстояния к действительной оси называется эксцентриситетом гиперболы и обозначается e. Эксцентриситет равносторонней гиперболы равен √2.

    Гипербола лежит целиком вне полосы, ограниченной прямыми PQ и RS, параллельными Y’Y и отстоящими от Y’Y на расстояние OA =A’O = a. Вправо и влево от этой полосы гипербола продолжается неограниченно.

    Для тех, кто хочет связать свою жизнь с точными науками, Skysmart предлагает курсы по профильной математике.

    Фокальное свойство гиперболы

    Точки F1 и F2 называют фокусами гиперболы, расстояние 2c = F1F2 между ними — фокусным расстоянием, середина O отрезка F1F2 — центром гиперболы, число 2а — длиной действительной оси гиперболы (соответственно, а — действительной полуосью гиперболы).

    Отрезки F1M и F2M, которые соединяют произвольную точку M гиперболы с ее фокусами, называются фокальными радиусами точки M. Отрезок, соединяющий две точки гиперболы, называется хордой гиперболы.

    Отношение e = a/c, где c = √(a^2 + b^2), называется эксцентриситетом гиперболы. Из определения (2a 1 .

    Геометрическое определение гиперболы, которое выражает ее фокальное свойство, аналогично ее аналитическому определению — линии, которая задана каноническим уравнением гиперболы:

    Рассмотрим, как это выглядит на прямоугольной системе координат:

    • пусть центр O гиперболы будет началом системы координат;
    • прямую, которая проходит через фокусы (фокальную ось), примем за ось абсцисс (положительное направление на ней от точки F1 к точке F2);
    • прямую, перпендикулярную оси абсцисс и проходящую через центр гиперболы, примем за ось ординат (направление на оси ординат выбирается так, чтобы прямоугольная система координат Oxy оказалась правой).

    Воспользуемся геометрическим определением и составим уравнение гиперболы, которое выразит фокальное свойство. В выбранной системе координат определяем координаты фокусов F1(-c, 0) и F2(c, 0). Для произвольной точки M(x, y), принадлежащей параболе, имеем:

    Запишем это уравнение в координатной форме:

    Избавимся от иррациональности и придем к каноническому уравнению гиперболы:

    , т.е. выбранная система координат является канонической.

    Если рассуждать в обратном порядке, можно убедиться, что все точки, координаты которых удовлетворяют уравнению (x^2)/(a^2) – (y^2)/(b^2) = 1, и только они, принадлежат геометрическому месту точек, называемому гиперболой. Именно поэтому аналитическое определение гиперболы эквивалентно его геометрическому определению.

    Директориальное свойство гиперболы

    Директрисы гиперболы — это две прямые, которые проходят параллельно оси.

    ординат канонической системы координат на одинаковом расстоянии (a^2)/c от нее. Если а = 0, гипербола вырождается в пару пересекающихся прямых, и директрисы совпадают.

    Директориальное свойство гиперболы звучит так:

    Гиперболу с эксцентриситетом e = 1 можно определить, как геометрическое место точек плоскости, для каждой из которых отношение расстояния до заданной точки F (фокуса) к расстоянию до заданной прямой d (директрисы), не проходящей через заданную точку, постоянно и равно эксцентриситету e.

    Здесь F и d — один из фокусов гиперболы и одна из ее директрис, расположенные по одну сторону от оси ординат канонической системы координат.

    На самом деле для фокуса F2 и директрисы d2 условие

    можно записать в координатной форме так:

    Избавляясь от иррациональности и заменяя e = a/c, c^2 – a^2 = b^2, мы придем к каноническому уравнению гиперболы. Аналогичные рассуждения можно провести для фокуса F1 и директрисы d1:

    Построение гиперболы

    Чтобы запомнить алгоритм построения гиперболы, рассмотрим чертёж и комментарии к нему.

    Построим основной прямоугольник гиперболы и проведем его диагонали. Если продолжим диагонали прямоугольника за его пределы, получим асимптоты гиперболы.

    В силу симметрии достаточно построить гиперболу в первой четверти, где она является графиком функции:

    Важно учесть, что данная функция возрастает на промежутке [a; ∞], при x = a, y = 0 и ее график приближается снизу к асимптоте y = (b/a) * x. Рисуем график:

    Далее построенный в первой четверти график симметрично отображаем относительно оси Ох и получаем правую ветвь гиперболы. Теперь отобразим правую ветвь гиперболы относительно оси Оу.

    По определению эксцентриситет гиперболы равен

    Зафиксируем действительную ось 2а и начнем изменять фокусное расстояние 2с.

    Так как b^2 = c^2 – a^2, то величина b изменится.

    При этом ε -> 1, b -> 0 и мнимые вершины B1, B2 стремятся к началу координат, асимптоты приближаются к оси Ох. Основной прямоугольник гиперболы выражается в пределе в отрезок A1A2, а сама гипербола выражается в два луча на оси абсцисс: (-∞; -a] и [a; ∞).

    При этом ε -> ∞, b -> ∞ и мнимые вершины B1B2 стремятся к бесконечности, асимптоты приближаются к оси Оу. Основной прямоугольник гиперболы вытягивается вдоль оси ординат и ветви гиперболы приближаются к прямым x = +-a и в пределе сливаются с ними. Гипербола выражается в две прямые x = +-a, которые параллельны оси Оу.

    При этом ε -> ∞, b -> ∞ и мнимые вершины B1B2 стремятся к бесконечности, асимптоты приближаются к оси Оу. Основной прямоугольник гиперболы вытягивается вдоль оси ординат и ветви гиперболы приближаются к прямым x = +-a и в пределе сливаются с ними. Гипербола выражается в две прямые x = +-a, которые параллельны оси Оу.

    Равносторонняя гипербола это такая гипербола, у которой эксцентриситет равен √2. Ее еще называют равнобочной.

    Из определения следует, что в равносторонняя гиперболе a = b, поэтому ее каноническое уравнение выглядит так: x^2 – y^2 = a^2

    Действительно, ε = c/a = √2, откуда c^2 = 2a^2 и b^2 = c^2 – a^2 = a^2. И так как а и b положительные числа, получаем a = b.

    [spoiler title=”источники:”]

    http://matica.org.ua/metodichki-i-knigi-po-matematike/iunit-1-analiticheskaia-geometriia-na-ploskosti/2-4-giperbola

    http://skysmart.ru/articles/mathematic/chto-takoe-giperbola

    [/spoiler]

    Гипербола: определение, свойства, построение

    Гиперболой называется геометрическое место точек плоскости, модуль разности расстояний от каждой из которых до двух заданных точек F_1 и F_2 есть величина постоянная (2a), меньшая расстояния (2c) между этими заданными точками (рис.3.40,а). Это геометрическое определение выражает фокальное свойство гиперболы.

    Фокальное свойство гиперболы

    Точки F_1 и F_2 называются фокусами гиперболы, расстояние 2c=F_1F_2 между ними — фокусным расстоянием, середина O отрезка F_1F_2 — центром гиперболы, число 2a — длиной действительной оси гиперболы (соответственно, a — действительной полуосью гиперболы). Отрезки F_1M и F_2M, соединяющие произвольную точку M гиперболы с ее фокусами, называются фокальными радиусами точки M. Отрезок, соединяющий две точки гиперболы, называется хордой гиперболы.

    Отношение e=frac{c}{a}, где c=sqrt{a^2+b^2}, называется эксцентриситетом гиперболы. Из определения (2a<2c) следует, что e>1.

    Геометрическое определение гиперболы, выражающее ее фокальное свойство, эквивалентно ее аналитическому определению — линии, задаваемой каноническим уравнением гиперболы:

    frac{x^2}{a^2}-frac{y^2}{b^2}=1.

    (3.50)

    Действительно, введем прямоугольную систему координат (рис.3.40,б). Центр O гиперболы примем за начало системы координат; прямую, проходящую через фокусы (фокальную ось), примем за ось абсцисс (положительное направление на ней от точки F_1 к точке F_2); прямую, перпендикулярную оси абсцисс и проходящую через центр гиперболы, примем за ось ординат (направление на оси ординат выбирается так, чтобы прямоугольная система координат Oxy оказалась правой).

    Гипербола и фокальное свойство гипербол

    Составим уравнение гиперболы, используя геометрическое определение, выражающее фокальное свойство. В выбранной системе координат определяем координаты фокусов F_1(-c,0) и F_2(c,0). Для произвольной точки M(x,y), принадлежащей гиперболе, имеем:

    left||overrightarrow{F_1M}|-|overrightarrow{F_2M}|right|=2a.

    Записывая это уравнение в координатной форме, получаем:

    sqrt{(x+c)^2+y^2}-sqrt{(x-c)^2+y^2}=pm2a.

    Выполняя преобразования, аналогичные преобразованиям, используемым при выводе уравнения эллипса (т.е. избавляясь от иррациональности), приходим к каноническому уравнению гиперболы:

    frac{x^2}{a^2}-frac{y^2}{b^2}=1,,

    где b=sqrt{c^2-a^2}, т.е. выбранная система координат является канонической.

    Проводя рассуждения в обратном порядке, можно показать, что все точки, координаты которых удовлетворяют уравнению (3.50), и только они, принадлежат геометрическому месту точек, называемому гиперболой. Таким образом, аналитическое определение гиперболы эквивалентно его геометрическому определению.


    Директориальное свойство гиперболы

    Директрисами гиперболы называются две прямые, проходящие параллельно оси ординат канонической системы координат на одинаковом расстоянии a^2!!not{phantom{|}},c от нее (рис.3.41,а). При a=0, когда гипербола вырождается в пару пересекающихся прямых, директрисы совпадают.

    Гиперболу с эксцентриситетом e=1 можно определить, как геометрическое место точек плоскости, для каждой из которых отношение расстояния до заданной точки F (фокуса) к расстоянию до заданной прямой d (директрисы), не проходящей через заданную точку, постоянно и равно эксцентриситету e (директориальное свойство гиперболы). Здесь F и d — один из фокусов гиперболы и одна из ее директрис, расположенные по одну сторону от оси ординат канонической системы координат.

    Директрисы гиперболы и директориальное свойство

    В самом деле, например, для фокуса F_2 и директрисы d_2 (рис.3.41,а) условие frac{r_2}{rho_2}=e можно записать в координатной форме:

    sqrt{(x-c)^2+y^2}=eleft(x-frac{a^2}{c}right)

    Избавляясь от иррациональности и заменяя e=frac{c}{a},~c^2-a^2=b^2, приходим к каноническому уравнению гиперболы (3.50). Аналогичные рассуждения можно провести для фокуса F_1 и директрисы d_1:

    frac{r_1}{rho_1}=e quad Leftrightarrow quad sqrt{(x+c)^2+y^2}= eleft(x+frac{a^2}{c} right).


    Уравнение гиперболы в полярной системе координат

    Уравнение правой ветви гиперболы в полярной системе координат F_2rvarphi (рис.3.41,б) имеет вид

    r=frac{p}{1-ecdotcosvarphi}, где p=frac{p^2}{a}фокальный параметр гиперболы.

    В самом деле, выберем в качестве полюса полярной системы координат правый фокус F_2 гиперболы, а в качестве полярной оси — луч с началом в точке F_2, принадлежащий прямой F_1F_2, но не содержащий точки F_1 (рис.3.41,б). Тогда для произвольной точки M(r,varphi), принадлежащей правой ветви гиперболы, согласно геометрическому определению (фокальному свойству) гиперболы, имеем F_1M-r=2a. Выражаем расстояние между точками M(r,varphi) и F_1(2c,pi) (см. пункт 2 замечаний 2.8):

    F_1M=sqrt{(2c)^2+r^2-2cdot(2c)^2cdot rcdotcos(varphi-pi)}=sqrt{r^2+4cdot ccdot rcdotcosvarphi+4cdot c^2}.

    Следовательно, в координатной форме уравнение гиперболы имеет вид

    sqrt{r^2+4cdot ccdot rcdotcosvarphi+4cdot c^2}-r=2a.

    Уединяем радикал, возводим обе части уравнения в квадрат, делим на 4 и приводим подобные члены:

    r^2+4crcdotcosvarphi+4c^2=4a^2+4ar+r^2 quad Leftrightarrow quad aleft(1-frac{c}{a}cosvarphiright)r=c^2-a^2.

    Выражаем полярный радиус r и делаем замены e=frac{c}{a},~b^2=c^2-a^2,~p=frac{b^2}{a}:

    r=frac{c^2-a^2}{a(1-ecosvarphi)} quad Leftrightarrow quad r=frac{b^2}{a(1-ecosvarphi)} quad Leftrightarrow quad r=frac{p}{1-ecosvarphi},

    что и требовалось доказать. Заметим, что в полярных координатах уравнения гиперболы и эллипса совпадают, но описывают разные линии, поскольку отличаются эксцентриситетами (e>1 для гиперболы, 0leqslant e<1 для эллипса).


    Геометрический смысл коэффициентов в уравнении гиперболы

    Найдем точки пересечения гиперболы (рис.3.42,а) с осью абсцисс (вершины гиперболы). Подставляя в уравнение y=0, находим абсциссы точек пересечения: x=pm a. Следовательно, вершины имеют координаты (-a,0),,(a,0). Длина отрезка, соединяющего вершины, равна 2a. Этот отрезок называется действительной осью гиперболы, а число a — действительной полуосью гиперболы. Подставляя x=0, получаем y=pm ib. Длина отрезка оси ординат, соединяющего точки (0,-b),,(0,b), равна 2b. Этот отрезок называется мнимой осью гиперболы, а число b — мнимой полуосью гиперболы. Гипербола пересекает прямую, содержащую действительную ось, и не пересекает прямую, содержащую мнимую ось.

    Замечания 3.10.

    1. Прямые x=pm a,~y=pm b ограничивают на координатной плоскости основной прямоугольник, вне которого находится гипербола (рис.3.42,а).

    2. Прямые y=pmfrac{b}{a},x, содержащие диагонали основного прямоугольника, называются асимптотами гиперболы (рис.3.42,а).

    Для равносторонней гиперболы, описываемой уравнением frac{x^2}{a^2}-frac{y^2}{a^2}=1 (т.е. при a=b), основной прямоугольник является квадратом, диагонали которого перпендикулярны. Поэтому асимптоты равносторонней гиперболы также перпендикулярны, и их можно взять в качестве координатных осей прямоугольной системы координат Ox'y' (рис.3.42,б). В этой системе координат уравнение гиперболы имеет вид y'=frac{a^2}{2x'} (гипербола совпадает с графиком элементарной функции, выражающей обратно-пропорциональную зависимость).

    Асимптоты гиперболы и равносторонняя гипербола

    В самом деле, повернем каноническую систему координат на угол varphi=-frac{pi}{4} (рис.3.42,б). При этом координаты точки в старой и новой системах координат связаны равенствами

    left{!begin{aligned}x&=frac{sqrt{2}}{2}cdot x'+frac{sqrt{2}}{2}cdot y',\ y&=-frac{sqrt{2}}{2}cdot x'+frac{sqrt{2}}{2}cdot y'end{aligned}right. quad Leftrightarrow quad left{!begin{aligned}x&=frac{sqrt{2}}{2}cdot(x'+y'),\ y&=frac{sqrt{2}}{2}cdot(y'-x')end{aligned}right.

    Подставляя эти выражения в уравнение frac{x^2}{a^2}-frac{y^2}{a^2}=1 равносторонней гиперболы и приводя подобные члены, получаем

    frac{frac{1}{2}(x'+y')^2}{a^2}-frac{frac{1}{2}(y'-x')^2}{a^2}=1 quad Leftrightarrow quad 2cdot x'cdot y'=a^2 quad Leftrightarrow quad y'=frac{a^2}{2cdot x'}.

    3. Координатные оси (канонической системы координат) являются осями симметрии гиперболы (называются главными осями гиперболы), а ее центр — центром симметрии.

    Действительно, если точка M(x,y) принадлежит гиперболе frac{x^2}{a^2}-frac{y^2}{b^2}=1. то и точки M'(x,y) и M''(-x,y), симметричные точке M относительно координатных осей, также принадлежат той же гиперболе.

    Ось симметрии, на которой располагаются фокусы гиперболы, является фокальной осью.

    4. Из уравнения гиперболы в полярных координатах r=frac{p}{1-ecosvarphi} (см. рис.3.41,б) выясняется геометрический смысл фокального параметра — это половина длины хорды гиперболы, проходящей через ее фокус перпендикулярно фокальной оси (r=p при varphi=frac{pi}{2}).

    5. Эксцентриситет e характеризует форму гиперболы. Чем больше e, тем шире ветви гиперболы, а чем ближе e к единице, тем ветви гиперболы уже (рис.3.43,а).

    Действительно, величина gamma угла между асимптотами гиперболы, содержащего ее ветвь, определяется отношением сторон основного прямоугольника: operatorname{tg}frac{gamma}{2}=frac{b}{2}. Учитывая, что e=frac{c}{a} и c^2=a^2+b^2, получаем

    e^2=frac{c^2}{a^2}=frac{a^2+b^2}{a^2}=1+{left(frac{b}{a}right)!}^2=1+operatorname{tg}^2frac{gamma}{2}.

    Чем больше e, тем больше угол gamma. Для равносторонней гиперболы (a=b) имеем e=sqrt{2} и gamma=frac{pi}{2}. Для e>sqrt{2} угол gamma тупой, а для 1<e<sqrt{2} угол gamma острый (рис.3.43,а).

    Эксцентриситет гиперболы и сопряжённая гипербола

    6. Две гиперболы, определяемые в одной и той же системе координат уравнениями frac{x^2}{a^2}-frac{y^2}{b^2}=1 и -frac{x^2}{a^2}+frac{y^2}{b^2}=1 называются сопряженными друг с другом. Сопряженные гиперболы имеют одни и те же асимптоты (рис.3.43,б). Уравнение сопряженной гиперболы -frac{x^2}{a^2}+frac{y^2}{b^2}=1 приводится к каноническому при помощи переименования координатных осей (3.38).

    7. Уравнение frac{(x-x_0)^2}{a^2}-frac{(y-y_0)^2}{b^2}=1 определяет гиперболу с центром в точке O'(x_0,y_0), оси которой параллельны координатным осям (рис.3.43,в). Это уравнение сводится к каноническому при помощи параллельного переноса (3.36). Уравнение -frac{(x-x_0)^2}{a^2}+frac{(y-y_0)^2}{b^2}=1 определяет сопряженную гиперболу с центром в точке O'(x_0,y_0).


    Параметрическое уравнение гиперболы

    Параметрическое уравнение гиперболы в канонической системе координат имеет вид

    begin{cases}x=acdotoperatorname{ch}t,\y=bcdotoperatorname{sh}t,end{cases}tinmathbb{R},

    где operatorname{ch}t=frac{e^t+e^{-t}}{2} — гиперболический косинус, a operatorname{sh}t=frac{e^t-e^{-t}}{2} гиперболический синус.

    Действительно, подставляя выражения координат в уравнение (3.50), приходим к основному гиперболическому тождеству operatorname{ch}^2t-operatorname{sh}^2t=1.


    Построение гиперболы в канонической системе координат

    Пример 3.21. Изобразить гиперболу frac{x^2}{2^2}-frac{y^2}{3^2}=1 в канонической системе координат Oxy. Найти полуоси, фокусное расстояние, эксцентриситет, фокальный параметр, уравнения асимптот и директрис.

    Решение. Сравнивая заданное уравнение с каноническим, определяем полуоси: a=2 — действительная полуось, b=3 — мнимая полуось гиперболы. Строим основной прямоугольник со сторонами 2a=4,~2b=6 с центром в начале координат (рис.3.44). Проводим асимптоты, продлевая диагонали основного прямоугольника. Строим гиперболу, учитывая ее симметричность относительно координатных осей. При необходимости определяем координаты некоторых точек гиперболы. Например, подставляя x=4 в уравнение гиперболы, получаем

    frac{4^2}{2^2}-frac{y^2}{3^2}=1 quad Leftrightarrow quad y^2=27 quad Leftrightarrow quad y=pm3sqrt{3}.

    Следовательно, точки с координатами (4;3sqrt{3}) и (4;-3sqrt{3}) принадлежат гиперболе. Вычисляем фокусное расстояние

    2cdot c=2cdotsqrt{a^2+b^2}=2cdotsqrt{2^2+3^2}=2sqrt{13}

    эксцентриситет e=frac{c}{a}=frac{sqrt{13}}{2}; фокальныи параметр p=frac{b^2}{a}=frac{3^2}{2}=4,!5. Составляем уравнения асимптот y=pmfrac{b}{a},x, то есть y=pmfrac{3}{2},x, и уравнения директрис: x=pmfrac{a^2}{c}=frac{4}{sqrt{13}}.

    Математический форум (помощь с решением задач, обсуждение вопросов по математике).

    Кнопка "Поделиться"

    Если заметили ошибку, опечатку или есть предложения, напишите в комментариях.

    Автор статьи

    Елена Борисовна Калюжная

    Эксперт по предмету «Математика»

    Задать вопрос автору статьи

    Каноническое уравнение гиперболы имеет следующий вид:
    $frac{x^2}{a^2} – frac{y^2}{b^2} = 1$, где $a, b$ – положительные действительные числа.

    Для того чтобы составить каноническое уравнение гиперболы, нужно привести квадратное уравнение к каноническому виду.

    Вывод канонического уравнения гиперболы

    Рис. 1.Вывод канонического <a href=уравнения гиперболы” />

    Рисунок 1. Рис. 1.Вывод канонического уравнения гиперболы

    Рассмотрим гиперболу с фокусами $F_1$ и $F_2$, находящимися на оси $OX$, причём точка $O$ лежит в центе между фокусами.

    Следовательно координаты $F_1(-c; 0)$, а $F_2(c; 0)$, где $c$ – расстояние до фокуса гиперболы.

    Рассмотрим произвольную точку $M$, принадлежащую гиперболе.

    Отрезки $r_1 =|F_1M|$ и $r_2 =|F_2M|$ называются фокальными радиусами точки $M$ гиперболы.

    Из определения гиперболы следует, что $|r_1 -r_2| =2a$, следовательно $r_1 – r_2=±2a$, причём $r_1 = sqrt{(x + c)^2 + y^2}$, а $r_2 = sqrt{(x – c)^2 + y^2}$.

    Соответственно, уравнение $r_1 – r_2=±2a$ иначе можно записать как $sqrt{(x + c)^2 + y^2} – sqrt{(x – c)^2 + y^2} = ±2a$ (1).

    Умножим выражение (1) на $frac{$sqrt{(x + c)^2 + y^2} + sqrt{(x – c)^2 + y^2}}{±2a}$, получается:, получается:

    $frac{(x + c)^2 + y^2 – (x – c)^2 – y^2}{±2a} = sqrt{(x + c)^2 + y^2} + sqrt{(x – c)^2 + y^2}$

    Упростим: $frac{2cx}{±a} = sqrt{(x + c)^2 + y^2} + sqrt{(x – c)^2 + y^2}$ (2)

    Сложим уравнения (1) и (2), получим:

    $±(frac{cx}{a}) + a = sqrt{(x + c)^2 + y^2}$ (3)

    Возведём (3) в квадрат:

    $frac{c^2 x^2}{a^2} + 2xc + a^2 = (x^2 +2x c + c^2 + y^2)$

    $frac{c^2 – a^2}{a^2} cdot x^2 – y^2 = c^2 – a^2$

    Пусть $b^2 = c^2 – a^2$, так как $c > 0$ и, следовательно $frac{b^2}{a^2}x^2 – y^2 = b^2$

    «Каноническое уравнение гиперболы» 👇

    Получаем уравнение:
    $frac{x^2}{a^2} – frac{y^2}{b^2} = 1$ (4), являющееся каноническим уравнением гиперболы с центром в начале координат.

    Каноническое уравнение параболы и гиперболы немного похожи между собой.

    Уравнение параболы выглядит следующим образом:

    $y^2 = px$, где число $p$ должно быть больше нуля; это число называется фокальным параметром.

    Каноническое уравнение гиперболы примеры решения

    Пример 1

    Ниже небольшая инструкция о том, как найти каноническое уравнение гиперболы.

    Приведём уравнение $5x^2 – 4y^2 = 20$ к каноническому виду гиперболического уравнения, для этого разделим всё уравнение на $20$:

    $frac{5x^2}{4} – frac{y^2}{5} = 1$

    Запишем знаменатели в виде степеней:

    $frac{x^2}{2^2} – frac{y^2}{sqrt{5}^2} = 1$

    Теперь вы знаете, как написать каноническое уравнение гиперболы. Дальше мы расскажем о том, как строить гиперболу по каноническому уравнению.

    Построение гиперболы по каноническому уравнению

    Теперь давайте рассмотрим, как построить гиперболу по каноническому уравнению.

    Рис. 2. Построение гиперболы по каноническому уравнению

    Рисунок 2. Рис. 2. Построение гиперболы по каноническому уравнению

    1. Для начала необходимо построить асимптоты для данной гиперболы, их формулы определяются из уравнения $y = ±frac{bcdot x}{a}$.
      Для нашего канонического уравнения гиперболы они будут выглядеть так: $y = ±frac{sqrt{5}} {2}cdot x$

    2. Теперь найдём вершины гиперболы, они расположены на оси абсисс в точках $(0; a)$ и $(0; -a)$, назовём их точками $A_1, A_2$.
      Вершины нашей гиперболы находятся в точках $(2; 0)$ и $(-2; 0)$.

    Далее необходимо найти две-три точки, принадлежащие любой из двух ветвей гиперболы, если гипербола без смещения – точки на второй ветви будут симметричны им относительно осей гиперболы.
    Выразим $y$ из канонического уравнения нашей гиперболы:

    $y = ±frac{1}{2} sqrt{5 x^2 – 4}$

    Найдём точки для положительной части гиперболы:

    при $x = 3, y =2.5$,
    а при $x = 3, y ≈3,87$.

    Теперь можно отложить все эти точки и построить график гиперболы.

    Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу

    Поиск по теме

    Гиперболой
    называется геометрическое место точек,
    для которых разность
    расстояний от двух фиксированных точек
    (называемых фокусами) есть величина
    постоянная. Причем указанная разность
    берется по абсолютному значению и
    необходимо, что бы она была меньше
    расстояния между фокусами и не равна
    нулю. (См. Рис.23)

    Рис.23

    На
    рисунке:

    – левый фокальный радиус;



    правый фокальный радиус;


    (- с; 0) – координаты левого фокуса (точки
    F1);


    (с; 0) – координаты правого фокуса (точки
    F2);

    действительная
    полуось
    гиперболы;

    мнимая
    полуось гиперболы;


    точка (а; 0) – правая вершина гиперболы;


    точка (- а; 0) – левая вершина гиперболы;


    прямые

    – асимптоты гиперболы.

    Названия
    полуосей не случайны: точки

    гиперболе принадлежат, а точки


    гиперболе не принадлежат (потому и ось
    – мнимая), но мнимая полуось, хотя и не
    является частью гиперболы, вполне
    определяет ее форму, поскольку именно
    между асимптотами гиперболы и располагаются
    ветви ее.

    Каноническое уравнение гиперболы

    (смотри
    замечание о каноничности уравнения
    ).

    Связь между полуосями и координатами фокусов гиперболы

    При
    этом важным является выражение,
    связывающее действительную, мнимую
    полуось и координату фокуса (сравните
    с формой аналогичной связи для параметров
    эллипса)


    .

    Эксцентриситет
    гиперболы

    Пример 19 (о нахождении уравнения гиперболы)

    Эксцентриситет
    гиперболы равен

    .
    Найти каноническое уравнение гиперболы,
    если точка

    гиперболе принадлежит.

    Решение

    Прежде
    всего, что ищем конкретно? – Ищем значения
    a
    и b
    в каноническом уравнении гиперболы.
    Неизвестных величин две, следовательно,
    и уравнений для их нахождения должно
    быть два.

    Первое
    уравнение получим из того факта, что
    нам известен эксцентриситет гиперболы
    и известна связь
    между полуосями и координатами фокуса
    гиперболы
    :


    .

    Это
    первое равенство, а второе получим,
    используя тот факт, что точка М гиперболе
    принадлежит, т.е., ее координаты обращают
    каноническое уравнение гиперболы в
    тождество:

    и,
    окончательно, получаем

    Ответ

    Искомая
    гипербола описывается каноническим
    уравнением

    x2
    – y2
    = 1.

    Пример 20 (прямая и гипербола)

    Через
    точку М(0; – 1) и правую вершину гиперболы

    3∙x2
    – 4∙y2
    = 12

    проведена
    прямая. Найти вторую точку пересечения
    прямой с гиперболой.

    Решение

    Задачу
    будем решать в два шага:


    найдем уравнение прямой;


    найдем координату точки пересечения
    прямой и гиперболы.

    Шаг
    1

    Для
    нахождения уравнения прямой, проходящей
    через точку М(0; – 1) и правую вершину
    гиперболы необходимо знать координаты
    правой вершины гиперболы. Найдем вторую
    точку из уравнения гиперболы, приведя
    данное уравнение к каноническому
    виду
    ,
    зная при этом, что в каноническом
    уравнении важно все: равно выражение
    именно
    единице, а в самом выражении – значения
    действительной и мнимой полуоси – это
    знаменатели дробей, в которых числители
    x2
    и y2.

    Откуда
    в уравнении гиперболы a
    = 2, b
    =

    ,
    или координаты правой вершины М2(2;
    0). А вот теперь ищем уравнение
    прямой, проходящей через две данные
    точки

    М и М2

    Шаг
    2

    Ищем
    координаты точек пересечения найденной
    прямой и данной гиперболы. Эти координаты
    удовлетворяют обоим уравнениям, т.е.
    являются решением системы уравнений

    Решаем
    полученное уравнение и находим, что x1
    = – 4, x2
    = 2.

    Подставляем
    найденные x1
    и x2
    во второе уравнение системы и находим
    координаты точек пересечения прямой с
    гиперболой N1(-
    4; -3) и N2(2;
    0).

    Не
    трудно убедиться (проверьте самостоятельно)
    что точка М гиперболе не принадлежит,
    а значит, точек пересечения будет две.

    Ответ

    Точки
    пересечения прямой и гиперболы – N1(-
    4; -3) и N2(2;
    0).

    Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

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

    Добавить комментарий