La elipse (1ºBach)

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Elementos de la elipse

Una una elipse de focos $F\,$ y $F'\,$ , con ejes de simetría $AA'\,$ y $BB'\,$ , que se cortan en el centro $O\,$ de la elipse, determina los siguientes segmentos:

$a=\overline{OA}=\overline{OA'}$ (semieje mayor).
$b=\overline{OB}=\overline{OB'}$ (semieje menor).
$c=\overline{OF}=\overline{OF'}$ (semidistancia focal).

Propiedades

$k=2a\,$ (constante de la elipse)
$a=\overline{BF}=\overline{BF'}$
$a^2=b^2+c^2\,$
$c<a\,$

Demostración:

La constante de la elipse es $k=2a\,$ , ya que, al ser $A\,$ un punto de la elipse:

$k=\overline{AF}+\overline{AF'}=\overline{AF}+\overline{A'F}=2a$

Por ser $B\,$ un punto de la elipse:

$\overline{BF}+\overline{BF'}=2a \rightarrow \overline{BF}=\overline{BF'}=a$

Por el teorema de Pitágoras aplicado al triángulo $BOF\,$ , tenemos

$a^2=b^2+c^2\,$

Por ser $a\,$ la hipotenusa y $c\,$ un cateto, tenemos que $c<a\,$ .

Excentricidad de la elipse

La escentricidad de la elipse es el cociente entre la distancia focal y el eje mayor:

$exc=\cfrac{c}{a}$

Propiedades

$0<exc<1\,$ .
La excentricidad mide el achatamiento de la elipse: cuanto más próxima a 1 más se parece a a una circunferencia.

Demostración:

Como la hipotenusa del triángulo rectángulo es mayor que los catetos, tenemos que $a>c \rightarrow \cfrac{c}{a}<1$

y como $a>0\,$ y $c>0\,$ , tenemos que $\cfrac{c}{a}>0$

Cuanto más próxima a 1 sea la excentricidad, más proximos son $a\,$ y $c\,$ y, por tanto, más se aproxima $b\,$ a cero.

Ecuación reducida de la elipse

Ecuación reducida de la elipse

La ecuación de una elipse con semieje mayor $a\,$ y semieje menor $b\,$ , con centro en el origen de coordenadas y focos en el eje de abscisas es:

$\cfrac{x^2}{a^2}+\cfrac{y^2}{b^2}=1$

Demostración:

Sean $F(-c,0)\,$ y $F'(c,0)\,$ los focos de la elipse. Cualquier punto P(x,y) de la misma cumple:

$d(P,F)+d(P,F')=2a\,$

Sustituyendo las distancias por su fórmula matemática:

$\sqrt{(x-c)^2+y^2}+\sqrt{(x+c)^2+y^2}=2a$

Pasamos la segunda raíz al segundo miembro:

$\sqrt{(x-c)^2+y^2}=2a-\sqrt{(x+c)^2+y^2}$

Se elevan al cuadrado ambos miebros y se simplifica:

$x^2-2cx+c^2+y^2=4a^2+x^2+2cx+c^2+y^2-4a \, \sqrt{(x+c)^2+y^2}$

$-4cx-4a^2=-4a \, \sqrt{(x+c)^2+y^2}$

$cx+a^2=a \, \sqrt{(x+c)^2+y^2}$

Se elevan al cuadrado los dos miembros:

$c^2x^2+a^4+2ca^2x=a^2(x^2+c^2+2cx+y^2)\,$

Reordenando y agrupando términos:

$(a^2-c^2)x^2+a^2y^2=a^2b^2\,$

Teniendo en cuenta que $a^2-c^2=b^2\,$ :

$b^2x^2+a^2y^2=a^2b^2\,$

Dividiendo la expresión por $a^2b^2\,$ :

se obtiene la cuación buscada:

$\cfrac{x^2}{a^2}+\cfrac{y^2}{b^2}=1$

Actividad interactiva: Elipse

Actividad 1: En la siguiente escena vamos a calcular la ecuación reducida de la elipse de semiejes 5 y 9.

Actividad:

Click aquí si no se ve bien la escena

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Categorías: Matemáticas | Geometría

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