Уравнение эллипса по трем точкам

Видео:Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.Скачать

Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.

Эллипс — определение и вычисление с примерами решения

Эллипс:

Определение: Эллипсом называется геометрическое место точек, сумма расстояний от которых до двух выделенных точек Уравнение эллипса по трем точкам

Получим каноническое уравнение эллипса. Выберем декартову систему координат так, чтобы фокусы Уравнение эллипса по трем точкам

Рис. 29. Вывод уравнения эллипса.

Расстояние между фокусами (фокусное расстояние) равно Уравнение эллипса по трем точкамСогласно определению эллипса имеем Уравнение эллипса по трем точкамИз треугольников Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкампо теореме Пифагора найдем

Уравнение эллипса по трем точкам

соответственно. Следовательно, согласно определению имеем

Уравнение эллипса по трем точкам

Возведем обе части равенства в квадрат, получим

Уравнение эллипса по трем точкам

Перенося квадратный корень в левую часть, а все остальное в правую часть равенства, находим Уравнение эллипса по трем точкамРаскроем разность квадратов Уравнение эллипса по трем точкамПодставим найденное выражение в уравнение и сократим обе части равенства на 4, тогда оно перейдет в уравнение Уравнение эллипса по трем точкамВновь возведем обе части равенства в квадрат Уравнение эллипса по трем точкамРаскрывая все скобки в правой части уравнения, получим Уравнение эллипса по трем точкамСоберем не- известные в левой части, а все известные величины перенесем в правую часть уравнения, получим Уравнение эллипса по трем точкамВведем обозначение для разности, стоящей в скобках Уравнение эллипса по трем точкамУравнение принимает вид Уравнение эллипса по трем точкамРазделив все члены уравнения на Уравнение эллипса по трем точкамполучаем каноническое уравнение эллипса: Уравнение эллипса по трем точкамЕсли Уравнение эллипса по трем точкамто эллипс вытянут вдоль оси Ох, для противоположного неравенствавдоль оси Оу (при этом фокусы тоже расположены на этой оси). Проанализируем полученное уравнение. Если точка М(х; у) принадлежит эллипсу, то ему принадлежат и точки Уравнение эллипса по трем точкамследовательно, эллипс симметричен относительно координатных осей, которые в данном случае будут называться осями симметрии эллипса. Найдем координаты точек пересечения эллипса с декартовыми осями:

  • Уравнение эллипса по трем точкамт.е. точками пересечения эллипса с осью абсцисс будут точки Уравнение эллипса по трем точкам
  • Уравнение эллипса по трем точкамт.е. точками пересечения эллипса с осью ординат будут точки Уравнение эллипса по трем точкам(Рис. 30).

Определение: Найденные точки называются вершинами эллипса.

Уравнение эллипса по трем точкам

Рис. 30. Вершины, фокусы и параметры эллипса

Уравнение эллипса по трем точкамУравнение эллипса по трем точкам

Определение: Если Уравнение эллипса по трем точкамто параметр а называется большой, а параметр b — малой полуосями эллипса.

Определение: Эксцентриситетом эллипса называется отношение фокусного рас- стояния к большой полуоси эллипса Уравнение эллипса по трем точкам

Из определения эксцентриситета эллипса следует, что он удовлетворяет двойному неравенству Уравнение эллипса по трем точкамКроме того, эта характеристика описывает форму эллипса. Для демонстрации этого факта рассмотрим квадрат отношения малой полуоси эллипса к большой полуоси Уравнение эллипса по трем точкам

Если Уравнение эллипса по трем точками эллипс вырождается в окружность. Если Уравнение эллипса по трем точками эллипс вырождается в отрезок Уравнение эллипса по трем точкам

Пример:

Составить уравнение эллипса, если его большая полуось а = 5, а его эксцентриситет Уравнение эллипса по трем точкам

Решение:

Исходя из понятия эксцентриситета, найдем абсциссу фокуса, т.е. параметр Уравнение эллипса по трем точкамЗная параметр с, можно вычислить малую полуось эллипса Уравнение эллипса по трем точкамСледовательно, каноническое уравнение заданного эллипса имеет вид: Уравнение эллипса по трем точкам

Пример:

Найти площадь треугольника, две вершины которого находятся в фокусах эллипса Уравнение эллипса по трем точкама третья вершина — в центре окружности

Уравнение эллипса по трем точкам

Решение:

Для определения координат фокусов эллипса и центра окружности преобразуем их уравнения к каноническому виду. Эллипс: Уравнение эллипса по трем точкам

Уравнение эллипса по трем точкамСледовательно, большая полуось эллипса Уравнение эллипса по трем точкама малая полуось Уравнение эллипса по трем точкамТак как Уравнение эллипса по трем точкамто эллипс вытянут вдоль оси ординат Оу. Определим расположение фокусов данного эллипса Уравнение эллипса по трем точкамИтак, Уравнение эллипса по трем точкамОкружность: Уравнение эллипса по трем точкамВыделим полные квадраты по переменным Уравнение эллипса по трем точкам Уравнение эллипса по трем точкамСледовательно, центр окружности находится в точке О(-5; 1).

Уравнение эллипса по трем точкам

Построим в декартовой системе координат треугольник Уравнение эллипса по трем точкамСогласно школьной формуле площадь треугольника Уравнение эллипса по трем точкамравна Уравнение эллипса по трем точкамВысота Уравнение эллипса по трем точкама основание Уравнение эллипса по трем точкамСледовательно, площадь треугольника Уравнение эллипса по трем точкамравна:

Уравнение эллипса по трем точкам

Видео:Видеоурок "Уравнение плоскости по трем точкам"Скачать

Видеоурок "Уравнение плоскости по трем точкам"

Эллипс в высшей математике

Уравнение эллипса по трем точкам

где Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкам—заданные положительные числа. Решая его относительно Уравнение эллипса по трем точкам, получим:

Уравнение эллипса по трем точкам

Отсюда видно, что уравнение (2) определяет две функции. Пока независимое переменное Уравнение эллипса по трем точкампо абсолютной величине меньше Уравнение эллипса по трем точкам, подкоренное выражение положительно, корень имеет два значения. Каждому значению Уравнение эллипса по трем точкам, удовлетворяющему неравенству Уравнение эллипса по трем точкамсоответствуют два значения Уравнение эллипса по трем точкам, равных по абсолютной величине. Значит, геометрическое место точек, определяемое уравнением (2), симметрично относительно оси Уравнение эллипса по трем точкам. Так же можно убедиться в том, что оно симметрично и относительно оси Уравнение эллипса по трем точкам. Поэтому ограничимся рассмотрением только первой четверти.

При Уравнение эллипса по трем точкам, при Уравнение эллипса по трем точкам. Кроме того, заметим, что если Уравнение эллипса по трем точкамувеличивается, то разность Уравнение эллипса по трем точкамуменьшается; стало быть, точка Уравнение эллипса по трем точкамбудет перемещаться от точки Уравнение эллипса по трем точкамвправо вниз и попадет в точку Уравнение эллипса по трем точкам. Из соображений симметрии изучаемое геометрическое место точек будет иметь вид, изображенный на рис. 34.

Уравнение эллипса по трем точкам

Полученная линия называется эллипсом. Число Уравнение эллипса по трем точкамявляется длиной отрезка Уравнение эллипса по трем точкам, число Уравнение эллипса по трем точкам—длиной отрезка Уравнение эллипса по трем точкам. Числа Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкамназываются полуосями эллипса. Число Уравнение эллипса по трем точкамэксцентриситетом.

Пример:

Найти проекцию окружности на плоскость, не совпадающую с плоскостью окружности.

Решение:

Возьмем две плоскости, пересекающиеся под углом Уравнение эллипса по трем точкам(рис. 35). В каждой из этих плоскостей возьмем систему координат, причем за ось Уравнение эллипса по трем точкампримем прямую пересечения плоскостей, стало быть, ось Уравнение эллипса по трем точкамбудет общей для обеих систем. Оси ординат различны, начало координат общее для обеих систем. В плоскости Уравнение эллипса по трем точкамвозьмем окружность радиуса Уравнение эллипса по трем точкамс центром в начале координат, ее уравнение Уравнение эллипса по трем точкам.

Пусть точка Уравнение эллипса по трем точкамлежит на этой окружности, тогда ее координаты удовлетворяют уравнению Уравнение эллипса по трем точкам.

Уравнение эллипса по трем точкам

Обозначим проекцию точки Уравнение эллипса по трем точкамна плоскость Уравнение эллипса по трем точкамбуквой Уравнение эллипса по трем точкам, а координаты ее—через Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкам. Опустим перпендикуляры из Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкамна ось Уравнение эллипса по трем точкам, это будут отрезки Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкам. Треугольник Уравнение эллипса по трем точкампрямоугольный, в нем Уравнение эллипса по трем точкам, Уравнение эллипса по трем точкам,Уравнение эллипса по трем точкам, следовательно, Уравнение эллипса по трем точкам. Абсциссы точек Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкамравны, т. е. Уравнение эллипса по трем точкам. Подставим в уравнение Уравнение эллипса по трем точкамзначение Уравнение эллипса по трем точкам, тогда cos

Уравнение эллипса по трем точкам

Уравнение эллипса по трем точкам

а это есть уравнение эллипса с полуосями Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкам.

Таким образом, эллипс является проекцией окружности на плоскость, расположенную под углом к плоскости окружности.

Замечание. Окружность можно рассматривать как эллипс с равными полуосями.

Видео:ЭллипсСкачать

Эллипс

Уравнение эллипсоида

Определение: Трехосным эллипсоидом называется поверхность, полученная в результате равномерной деформации (растяжения или сжатия) сферы по трем взаимно перпендикулярным направлениям.

Рассмотрим сферу радиуса R с центром в начале координат:

Уравнение эллипса по трем точкам

где Х, У, Z — текущие координаты точки сферы.

Пусть данная сфера подвергнута равномерной деформации в направлении координатных осей Уравнение эллипса по трем точкамс коэффициентами деформации, равными Уравнение эллипса по трем точкам

В результате сфера превратится в эллипсоид, а точка сферы М (X, У, Z) с текущими координатами Х, У, Z перейдет в точку эллипсоидам Уравнение эллипса по трем точкам(х, у, z) с текущими координатами х, у, г, причем

Уравнение эллипса по трем точкам

Уравнение эллипса по трем точкамИными словами, линейные размеры сферы в направлении оси Ох уменьшаются в Уравнение эллипса по трем точкамраз, если Уравнение эллипса по трем точкам, и увеличиваются в Уравнение эллипса по трем точкамраз, если Уравнение эллипса по трем точками т. д.

Подставляя эти формулы в уравнение (1), будем иметь

Уравнение эллипса по трем точкам

где Уравнение эллипса по трем точкамУравнение (2) связывает текущие координаты точки М’ эллипсоида и, следовательно, является уравнением трехосного эллипсоида.

Величины Уравнение эллипса по трем точкамназываются полуосями эллипсоида; удвоенные величины Уравнение эллипса по трем точкамназываются осями эллипсоида и, очевидно, представляют линейные размеры его в направлениях деформации (в данном случае в направлениях осей координат).

Если две полуоси эллипсоида равны между собой, то эллипсоид называется эллипсоидом вращения, так как может быть получен в результате вращения эллипса вокруг одной из его осей. Например, в геодезии считают поверхность земного шара эллипсоидом вращения с полуосями

а = b = 6377 км и с = 6356 км.

Если а = b = с, то эллипсоид превращается в сферу.

Рекомендую подробно изучить предметы:
  • Геометрия
  • Аналитическая геометрия
  • Начертательная геометрия
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Гипербола
  • Парабола
  • Многогранник
  • Решение задач на вычисление площадей
  • Шар в геометрии
  • Правильные многогранники в геометрии
  • Многогранники
  • Окружность

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.

Видео:§28 Эксцентриситет эллипсаСкачать

§28 Эксцентриситет эллипса

Кривые второго порядка. Эллипс: формулы и задачи

Видео:11 класс, 52 урок, ЭллипсСкачать

11 класс, 52 урок, Эллипс

Понятие о кривых второго порядка

Кривыми второго порядка на плоскости называются линии, определяемые уравнениями, в которых переменные координаты x и y содержатся во второй степени. К ним относятся эллипс, гипербола и парабола.

Общий вид уравнения кривой второго порядка следующий:

Уравнение эллипса по трем точкам,

где A, B, C, D, E, F — числа и хотя бы один из коэффициентов A, B, C не равен нулю.

При решении задач с кривыми второго порядка чаще всего рассматриваются канонические уравнения эллипса, гиперболы и параболы. К ним легко перейти от общих уравнений, этому будет посвящён пример 1 задач с эллипсами.

Видео:Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.

Эллипс, заданный каноническим уравнением

Определение эллипса. Эллипсом называется множество всех точек плоскости, таких, для которых сумма расстояний до точек, называемых фокусами, есть величина постоянная и бОльшая, чем расстояние между фокусами.

Фокусы обозначены как Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкамна рисунке ниже.

Каноническое уравнение эллипса имеет вид:

Уравнение эллипса по трем точкам,

где a и b (a > b) — длины полуосей, т. е. половины длин отрезков, отсекаемых эллипсом на осях координат.

Уравнение эллипса по трем точкам

Прямая, проходящая через фокусы эллипса, является его осью симметрии. Другой осью симметрии эллипса является прямая, проходящая через середину отрезка Уравнение эллипса по трем точкам Уравнение эллипса по трем точкамперпендикулярно этому отрезку. Точка О пересечения этих прямых служит центром симметрии эллипса или просто центром эллипса.

Ось абсцисс эллипс пересекает в точках (a, О) и (- a, О), а ось ординат — в точках (b, О) и (- b, О). Эти четыре точки называются вершинами эллипса. Отрезок между вершинами эллипса на оси абсцисс называется его большой осью, а на оси ординат — малой осью. Их отрезки от вершины до центра эллипса называются полуосями.

Если a = b , то уравнение эллипса принимает вид Уравнение эллипса по трем точкам. Это уравнение окружности радиуса a , а окружность — частный случай эллипса. Эллипс можно получить из окружности радиуса a , если сжать её в a/b раз вдоль оси Oy .

Пример 1. Проверить, является ли линия, заданная общим уравнением Уравнение эллипса по трем точкам, эллипсом.

Решение. Производим преобразования общего уравнения. Применяем перенос свободного члена в правую часть, почленное деление уравнения на одно и то же число и сокращение дробей:

Уравнение эллипса по трем точкам

Ответ. Полученное в результате преобразований уравнение является каноническим уравнением эллипса. Следовательно, данная линия — эллипс.

Пример 2. Составить каноническое уравнение эллипса, если его полуоси соответственно равны 5 и 4.

Решение. Смотрим на формулу канонического уравения эллипса и подставляем: бОльшая полуось — это a = 5 , меньшая полуось — это b = 4 . Получаем каноническое уравнение эллипса:

Уравнение эллипса по трем точкам.

Точки Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкам, обозначенные зелёным на большей оси, где

Уравнение эллипса по трем точкам,

называются фокусами.

Уравнение эллипса по трем точкам

называется эксцентриситетом эллипса.

Отношение b/a характеризует «сплюснутость» эллипса. Чем меньше это отношение, тем сильнее эллипс вытянут вдоль большой оси. Однако степень вытянутости эллипса чаще принято выражать через эксцентриситет, формула которого приведена выше. Для разных эллипсов эксцентриситет меняется в пределах от 0 до 1, оставаясь всегда меньше единицы.

Пример 3. Составить каноническое уравнение эллипса, если расстояние между фокусами равно 8 и бОльшая ось равна 10.

Решение. Делаем несложные умозаключения:

— если бОльшая ось равна 10, то её половина, т. е. полуось a = 5 ,

— если расстояние между фокусами равно 8, то число c из координат фокусов равно 4.

Подставляем и вычисляем:

Уравнение эллипса по трем точкам

Результат — каноническое уравнение эллипса:

Уравнение эллипса по трем точкам.

Пример 4. Составить каноническое уравнение эллипса, если его бОльшая ось равна 26 и эксцентриситет Уравнение эллипса по трем точкам.

Решение. Как следует и из размера большей оси, и из уравнения эксцентриситета, бОльшая полуось эллипса a = 13 . Из уравнения эсцентриситета выражаем число c, нужное для вычисления длины меньшей полуоси:

Уравнение эллипса по трем точкам.

Вычисляем квадрат длины меньшей полуоси:

Уравнение эллипса по трем точкам

Составляем каноническое уравнение эллипса:

Уравнение эллипса по трем точкам

Пример 5. Определить фокусы эллипса, заданного каноническим уравнением Уравнение эллипса по трем точкам.

Решение. Следует найти число c, определяющее первые координаты фокусов эллипса:

Уравнение эллипса по трем точкам.

Получаем фокусы эллипса:

Уравнение эллипса по трем точкам

Видео:Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.

Решить задачи на эллипс самостоятельно, а затем посмотреть решение

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

1) расстояние между фокусами 30, а большая ось 34

2) малая ось 24, а один из фокусов находится в точке (-5; 0)

3) эксцентриситет Уравнение эллипса по трем точкам, а один из фокусов находится в точке (6; 0)

Видео:Аналитическая геометрия: Эллипс, Парабола, Гипербола. Высшая математикаСкачать

Аналитическая геометрия: Эллипс, Парабола, Гипербола. Высшая математика

Продолжаем решать задачи на эллипс вместе

Если Уравнение эллипса по трем точкам— произвольная точка эллипса (на чертеже обозначена зелёным в верхней правой части эллипса) и Уравнение эллипса по трем точкам— расстояния до этой точки от фокусов Уравнение эллипса по трем точкам, то формулы для расстояний — следующие:

Уравнение эллипса по трем точкам.

Для каждой точки, принадлежащей эллипсу, сумма расстояний от фокусов есть величина постоянная, равная 2a.

Прямые, определяемые уравнениями

Уравнение эллипса по трем точкам,

называются директрисами эллипса (на чертеже — красные линии по краям).

Из двух вышеприведённых уравнений следует, что для любой точки эллипса

Уравнение эллипса по трем точкам,

где Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкам— расстояния этой точки до директрис Уравнение эллипса по трем точками Уравнение эллипса по трем точкам.

Пример 7. Дан эллипс Уравнение эллипса по трем точкам. Составить уравнение его директрис.

Решение. Смотрим в уравнение директрис и обнаруживаем, что требуется найти эксцентриситет эллипса, т. е. Уравнение эллипса по трем точкам. Все данные для этого есть. Вычисляем:

Уравнение эллипса по трем точкам.

Получаем уравнение директрис эллипса:

Уравнение эллипса по трем точкам

Пример 8. Составить каноническое уравнение эллипса, если его фокусами являются точки Уравнение эллипса по трем точкам, а директрисами являются прямые Уравнение эллипса по трем точкам.

Решение. Смотрим в уравнение директрис, видим, что в нём можем заменить символ эксцентриситета формулой эксцентриситета как отношение первой координаты фокуса к длине большей полуоси. Так сможем вычислить квадрат длины большей полуоси. Получаем:

Уравнение эллипса по трем точкам.

Теперь можем получить и квадрат длины меньшей полуоси:

Уравнение эллипса по трем точкам

Уравнение эллипса готово:

Уравнение эллипса по трем точкам

Пример 9. Проверить, находится ли точка Уравнение эллипса по трем точкамна эллипсе Уравнение эллипса по трем точкам. Если находится, найти расстояние от этой точки до фокусов эллипса.

Решение. Подставляем координаты точки x и y в уравнение эллипса, на выходе должно либо получиться равенство левой части уравнения единице (точка находится на эллипсе), либо не получиться это равенство (точка не находится на эллипсе). Получаем:

Уравнение эллипса по трем точкам.

Получили единицу, следовательно, точка находится на эллипсе.

Приступаем к нахождению расстояния. Для этого нужно вычислить: число c, определяющее первые координаты фокусов, число e — эксцентриситет и числа «эр» с подстрочными индексами 1 и 2 — искомые расстояния. Получаем:

Уравнение эллипса по трем точкам

Проведём проверку: сумма расстояний от любой точки на эллипсе до фокусов должна быть равна 2a.

Уравнение эллипса по трем точкам,

так как из исходного уравнения эллипса Уравнение эллипса по трем точкам.

Одним из самых замечательных свойств эллипса является его оптическое свойство, состоящее в том, что прямые, соединяющие точку эллипса с его фокусами, пересекают касательную к эллипсу под разными углами. Это значит, что луч, пущенный из одного фокуса, после отраэения попадёт в другой. Это свойство лежит в основе аккустического эффекта, наблюдаемого в некоторых пещерах и искусственных сооружениях, своды которых имеют эллиптическую форму: если находиться в одном из фокусов, то речь человека, стоящего в другом фокусе, слышна так хорошо, как будто он находится рядом, хотя на самом деле расстояние велико.

Видео:§18 Каноническое уравнение эллипсаСкачать

§18 Каноническое уравнение эллипса

Уравнение эллипса по трем точкам

Эллипсом называется геометрическое место точек плоскости, сумма расстояний от каждой из которых до двух данных точек этой плоскости, называемых фокусами, есть величина постоянная, равная 2 a .

Обозначим фокусы через F 1 и F 2 , расстояние между ними через 2 c , а сумму расстояний от произвольной точки эллипса до фокусов – через 2 a . По определению 2 a > 2 c , то есть a > c .

Выберем систему координат так, чтобы фокусы F 1 и F 2 лежали на оси 0 x , а начало координат совпадало с серединой отрезка F 1 F 2 . Тогда фокусы имют координаты: F 1 (– c ;0) и F 2 ( c ;0) . Пусть M ( x ; y ) – произвольная точка эллипса (текущая точка). Тогда по определению эллипса можно записать

Уравнение эллипса по трем точкам

По сути, мы получили уравнение эллипса. Упростим его с помощью ряда несложных математических преобразований:

Уравнение эллипса по трем точкам

Уравнение эллипса по трем точкам

Это уравнение равносильно первоначальному. Оно называется каноническим уравнением эллипса – кривой второго порядка .

Установим форму эллипса, пользуясь его каноническим уравнением.

1. Уравнение (2.17) содержит x и y только в четных степенях, поэтому если точка ( x ; y ) принадлежит эллипсу, то ему также принадлежат точки (– x ; y ), ( x ;– y ), (– x ;– y ) . Отсюда: эллипс симметричен относительно осей 0 x и 0 y , а также относительно точки O (0;0), которую называют центром эллипса.

2. Найдем точки пересечения эллипса с осями координат. Положив y = 0, найдем точки A 1 ( a ; 0) и A 2 (– a ; 0), в которых ось 0 x пересекает эллипс. Положив в уравнении (2.17) x = 0, находим точки пересечения эллипса с осью 0 y : B 1 (0; b ) и B 2 (0;– b ). Точки A 1 , A 2 , B 1 , B 2 называются вершинами эллипса. Отрезки А1А2, В1В2, а также их длины 2 a и 2 b – соответственно большая и малая оси эллипса (рис. 2.4).

3. Из уравнения (2.17) следует, что каждое слагаемое в левой части не превосходит единицы, т.е.:

Следовательно, все точки эллипса лежат внутри прямоугольника, ограниченного прямыми x = ± a и y = ± b .

4. В уравнении (2.17) левая часть – сумма неотрицательных слагаемых, т.е. при возрастании одного слагаемого другое будет уменьшаться, если | x | возрастает, | y | уменьшается и наоборот.

Из сказанного следует, что эллипс имеет форму овальной замкнутой кривой. Форма эллипса зависит от отношения Уравнение эллипса по трем точкам . При a = b эллипс превращается в окружность, уравнение эллипса (2.17) принимает вид : x 2 + y 2 = a 2 . Отношение Уравнение эллипса по трем точкам половины расстояния между фокусами к большой полуоси эллипса – эксцентриситет эллипса Уравнение эллипса по трем точкам . Причем 0 ε 1, так как 0 c a .

Уравнение эллипса по трем точкам

Отсюда видно, что чем меньше эксцентриситет эллипса, тем будет менее эллипс сплющенным; при ε = 0 эллипс превращается в окружность.

Прямые Уравнение эллипса по трем точкамдиректрисы эллипса.

Если r – расстояние от произвольной точки до какого–нибудь фокуса, d – расстояние от этой же точки до соответствующей этому фокусу директрисы (рис. 2.5), то отношение Уравнение эллипса по трем точкам есть величина постоянная, равная эксцентриситету эллипса: Уравнение эллипса по трем точкам .

Из равенства a 2 c 2 = b 2 следует, что a > b . Если же наоборот, то уравнение (2.17) определяет эллипс, большая ось которого 2 b лежит на оси 0 y , а малая ось 2 a – на оси 0 x . Фокусы такого эллипса находятся в точках F 1 (0; c ) и F 2 (0;– c ) , где Уравнение эллипса по трем точкам . Данный эллипс будет растянут вдоль оси 0 y .

Пример 2.5. Составить уравнение линии, для каждой точки которой отношение расстояний от нее до точки A (3;0) и до прямой x = 12, равно числу ε =0,5 . Полученное уравнение привести к простейшему виду .

Решение . Пусть M ( x ; y ) – текущая (произвольная) точка искомого геометрического множества точек. Опустим перпендикуляр MB на прямую . Тогда точка B( 12;y) . По условию задачи Уравнение эллипса по трем точкам .

По формуле расстояния Уравнение эллипса по трем точкам между двумя точками получаем:

Уравнение эллипса по трем точкам

Уравнение эллипса по трем точкам

Эксцентриситет эллипса Уравнение эллипса по трем точкам

Примечание. Если эллипс (окружность) вращать вокруг одной из его осей, то описываемая им поверхность будет эллипсоидом вращения (сферой) Уравнение эллипса по трем точкам

Пример 2.6. В геодезии используется система географических координат, основанная на понятии геоида. Геоид – поверхность Земли, ограниченная уровенной поверхностью, продолженной под континенты. Поверхность геоида отличается от физической поверхности Земли, на которой резко выражены горы и океанические впадины.

Тело, поверхность которого более всего соответствует поверхности геоида, имеет определенные размеры и ориентирована соответственно в теле Земли, называется референц–эллипсоидом. В нашей стране с 1946 года для всех геодезических работ принят референц–эллипсоид Красовского с параметрами a = 6 378 245 м, b = 6 356 863 м, α = 1: 298,3.

Линия, проходящая вертикально через центр эллипсоида является полярной осью. Линия, проходящая через центр эллипсоида, перпендикулярно к полярной оси, – экваториальной осью. При пересечении поверхности эллипсоида плоскостью, проходящей через его центр, перпендикулярно к полярной оси, образуется окружность, называемая экватором. Окружность, полученная от пересечения поверхности эллипсоида плоскостью, параллельной плоскости экватора, называется параллелью. Линия пересечения поверхности эллипсоида с плоскостью, проходящей через заданную точку и полярную ось, называется меридианом данной точки. Положение точки на земной поверхности определяется пересечением параллели и меридиана, проходящих через нее. Угол φ между плоскостью экватора и отвесной линией называется географической широтой. Для определения долгот точек один из меридианов (Гринвичский) принимают за начальный или нулевой. Угол λ, составленный плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального меридиана, называется географической долготой Уравнение эллипса по трем точкам

Гипербола – геометрическое место точек плоскости, модуль разности расстояний от каждой из которых до двух данных точек этой плоскости – фокусов, есть величина постоянная, равная 2 a .

Обозначим фокусы через F 1 и F 2 , расстояние между ними через 2 c , а модуль разности расстояний от каждой точки гиперболы до фокусов через 2 a . По определению 2 a 2 c , то есть a c .

Выберем систему координат x 0 y так, чтобы фокусы F 1 и F 2 лежали на оси 0 x , а начало координат совпало с серединой отрезка F 1 F 2 . Тогда фокусы будут иметь координаты F 1( c ;0 ) и F 2 (– c ;0 ). На этой основе выведем уравнение гиперболы. Пусть M ( x ; y ) – ее произвольная точка . Тогда по определению | MF 1 MF 2 |= 2 a , то есть Уравнение эллипса по трем точкам . Проведя преобразования, аналогичные упрощениям уравнения эллипса, получим каноническое уравнение гиперболы:

где b 2 = a 2 – c 2 . Гипербола линия 2–го порядка.

Установим форму гиперболы, исходя из ее канонического уравнения.

1. Уравнение (2.18) содержит x и y только в четных степенях. Следовательно, гипербола симметрична относительно осей координат 0 x и 0 y , и относительно точки O (0;0) – центра гиперболы.

2. Найдем точки пересечения гиперболы с осями координат. Положив в уравнении (2.18) y =0 , находим две точки пересечения гиперболы с осью 0 x : A 1 ( a ; 0) и A 2 (– a ; 0).

Положив в (2.18) x = 0, получаем y 2 = – b 2 , чего быть не может. Т.е. гипербола ось 0 y не пересекает.

3. Из уравнения (2.18) следует, что уменьшаемое Уравнение эллипса по трем точкам . Это означает, что точки гиперболы расположены справа от прямой x = a (правая ветвь гиперболы) и слева от прямой x =– a (левая ветвь) (рис. 2.6).

Уравнение эллипса по трем точкам

4. Из уравнения (2.18) гиперболы видно, что когда | x | возрастает, то | y | также возрастает . Это следует из того, что разность Уравнение эллипса по трем точкам – сохраняет значение, равно e единице. Следовательно, гипербола имеет форму, состоящую из двух неограниченных ветвей.

Прямая L называется асимптотой некоторой неограниченной кривой , если расстояние d от точки M этой кривой до прямой L стремится к нулю при неограниченном удалении т очки M вдоль кривой от начала координат.

Покажем, что гипербола Уравнение эллипса по трем точкам имеет две асимптоты: Уравнение эллипса по трем точкам . Так как данные прямые и гипербола (2.18) симметричны относительно координатных осей, то достаточно рассмотреть только точки, расположенные в первой четверти.

Возьмем на прямой Уравнение эллипса по трем точкам точку N , имеющую ту же абсциссу, что и точка M ( x ; y ) на гиперболе Уравнение эллипса по трем точкам . Найдем разность | MN | :

Уравнение эллипса по трем точкам

Очевидно: так как числитель есть величина постоянная, а знаменатель дроби увеличивается с возравстанием переменной х, то длина отрезка | MN | стремится к нулю. Так как | MN | больше расстояния d от точки M до прямой L, то d стремится к нулю тем более ( и подавно) . Следовательно, прямые Уравнение эллипса по трем точкам – есть асимптоты гиперболы (рис. 2.7).

Построение гиперболы начинают с нанесения ее основного прямоугольника на координатную плоскость. Далее проводят диагонали этого прямоугольника, которые являются асимптотами гиперболы, затем отмечают ее вершины, фокусы и строят ветви гиперболы .

Уравнение эллипса по трем точкам

Эксцентриситет гиперболы отношение расстояния между фокусами к величине её действительной оси, обозначается ε : Уравнение эллипса по трем точкам . Так как у гиперболы c > a , то эксцентриситет ее больше единицы. Эксцентриситет характеризует форму гиперболы. Так как Уравнение эллипса по трем точкам . Видно, что чем меньше эксцентриситет гиперболы, тем меньше отношение Уравнение эллипса по трем точкам ее полуосей, а значит, тем более вытянут ее основной прямоугольник.

Эксцентриситет равносторонней гиперболы равен Уравнение эллипса по трем точкам . Действительно, Уравнение эллипса по трем точкам . Фокальные радиусы , для точек правой ветви гиперболы имеют вид: r 1 = εx + a , r 2 = εx – a ; для точек левой ветви: r 1 =–( εx + a ), r 2 =–( εx – a ) .

Прямые Уравнение эллипса по трем точкам называются директрисами гиперболы. Тот факт, что для гиперболы ε > 1, то Уравнение эллипса по трем точкамозначает : правая директриса расположена между центром и правой вершиной гиперболы, левая – между центром и левой вершиной. Директрисы гиперболы имеют тоже свойство Уравнение эллипса по трем точкам , что и директрисы эллипса.

Уравнение Уравнение эллипса по трем точкам определяет гиперболу с действительной осью 2 b , расположенной на оси 0 y , и мнимой осью 2 a, расположенной на оси абсцисс (подобная гипербола изображена на рисунке 2.7 пунктиром).

Значит , гиперболы Уравнение эллипса по трем точкам и имеют общие асимптоты. Такие гиперболы называются сопряженными.

Примечание. Если у кривой 2–го порядка смещен центр в некоторую точку O ( x 0 ; y 0 ) , то она называется нецентральной кривой. Уравнение такой кривой имеет вид:

Уравнение эллипса по трем точкам

Примечание. При вращении гиперболы вокруг ее действительной оси образуется двуполостный гиперболоид, вокруг ее мнимой оси – однополостный гиперболоид

Подробно данные уравнения рассмотрены в теме: «Исследование общего уравнения 2–ой степени» (смотри схему 10), частными случаями которого являются данные формулы.

📺 Видео

Эллипс (часть 8). Решение задач. Высшая математика.Скачать

Эллипс (часть 8). Решение задач. Высшая математика.

Эллипс (часть 1). Каноническое уравнение. Высшая математика.Скачать

Эллипс (часть 1). Каноническое уравнение. Высшая математика.

Видеоурок "Эллипс"Скачать

Видеоурок "Эллипс"

Видеоурок "Гипербола"Скачать

Видеоурок "Гипербола"

§17 Определение эллипсаСкачать

§17 Определение эллипса

Аналитическая геометрия, 5 урок, Уравнение плоскостиСкачать

Аналитическая геометрия, 5 урок, Уравнение плоскости

Написать каноническое уравнение эллипса, если известны b и cСкачать

Написать каноническое уравнение эллипса, если известны b и c

Построение окружности по трем точкамСкачать

Построение окружности по трем точкам

Уравнение эллипса. Нахождение вершин и фокусовСкачать

Уравнение эллипса. Нахождение вершин и фокусов

Уравнение плоскости через 3 точкиСкачать

Уравнение плоскости через 3 точки

Полярные координаты. Полярное уравнение эллипса.Скачать

Полярные координаты. Полярное уравнение эллипса.
Поделиться или сохранить к себе: