La elipse (1ºBach)

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Tabla de contenidos

1 Elementos de la elipse
2 Excentricidad de la elipse
3 Ecuaciones de la elipse

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 $c<a\,$ .

Actividad interactiva: Propiedad de la elipse

Actividad 1: En la siguiente escena vamos a ver una propiedad de la elipse en la que veremos como cualquier "rayo de luz" que parta de uno de sus su focos (considerando que la elipse se comporta como un espejo) se refleja en la elipse y va a parar al otro foco.

Actividad:

Click aquí si no se ve bien la escena

Ejercicios:

Desliza el punto verde hacia arriba.
- Describe lo que ves.
Utiliza el segundo deslizador para cambiar la dirección del "rayo" y repite la animación. Prueba a modificar también la forma de la elipse (arrastrando sus vértices).
- ¿Qué se puede decir de los rayos que salen de un foco de cualquier elipse y se reflejan en ella?
Arrastra el vértice derecho de la elipse hasta conseguir una circunferencia (elipse de excentricidad 0) y observa:
- ¿Qué ocurre con un rayo emitido desde el radio de una circunferencia reflejado en ella misma?
- ¿Qué ángulo forman el radio de una circunferencia y la tangente a la misma en el punto correspondiente?

Excentricidad de la elipse

La escentricidad es un parámetro que determina el grado de desviación de una sección cónica con respecto a una circunferencia.

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

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

Propiedades

$0<e<1\,$ .
Una elipse más se parece a a una circunferencia, cuanto más se aproxime a 0 su excentricidad.

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 0 sea la excentricidad, más proximo a cero estará $c\,$ (la distancia focal se aproximará a cero) y $a\,$ se aproximará a $b\,$ . Así, la elipse, se aproximará a una circunferencia de centro los focos y radio $a=b\,$ .

Actividad interactiva: Excentricidad de la elipse

Actividad 1: En la siguiente escena vamos a ver como se ve afectada la elipse si modificamos su excentricidad.

Actividad:

Click aquí si no se ve bien la escena

Ejercicios:

¿A qué se le llama excentricidad de una elipse? ¿Es correcto el valor de la excentricidad de la elipse de la figura?
Modifica el valor de e (deslizando el punto verde) y observa los cambios.
1. ¿Entre qué valores puede variar la excentricidad de una elipse?
2. ¿Cómo son las elipses de excentricidad grande (próxima a 1)? ¿Y la elipse de excentricidad 0?
3. ¿Sabías que la Tierra da vueltas alrededor del Sol describiendo una órbita elíptica de excentricidad 0.016751? Aproxima a ese valor el de la excentricidad de la elipse de la figura. ¿Describe la figura resultante. ¿Dónde crees que se sitúa el Sol?
4. Los planetas de nuestro Sistema Solar cuya órbita tiene mayor excentricidad son Marte (e=0.09) y Plutón (e=0.25). Comprueba qué aspecto tiene dichas órbitas.
Pulsa el botón Actualizar para recuperar la imagen inicial. Modifica el valor de a y observa los cambios.
1. ¿Qué tienen en común todas las elipses con la misma excentricidad?

Ecuaciones de la elipse

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: Ecuación reducida de la elipse

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

Actividad:

La ecuación reducida viene dada por la fórmula:

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

Sustituyendo a=5 y b=3, tenemos:

$\cfrac{x^2}{25}+\cfrac{y^2}{9}=1$

Puedes ver su gráfica en la siguente escena:

Click aquí si no se ve bien la escena

Ejercicio:

Halla la ecuación reducida de la elipse cuyos ejes miden 16 y 10. Comprueba los resulatados en la escena

Ecuación de la elipse con los focos en el eje Y

Ecuación de la elipse con los focos en el eje Y

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 ordenadas es:

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

Su excentricidad es: $e=\cfrac{a}{c}$

Ecuación de la elipse con el centro desplazado del origen de coordenadas

Ecuación de la elipse con el centro desplazado del origen

La ecuación de una elipse con semiejes $a\,$ y $b\,$ y centro $O(\alpha,\beta)\,$ es:

$\cfrac{(x-\alpha)^2}{a^2}+\cfrac{(y-\beta)^2}{b^2}=1$

Actividad interactiva: Ecuación reducida de la elipse

Actividad 1: En la siguiente escena vamos a calcular la ecuación de la elipse de centro O(3,-1) y semiejes 5 y 2.

Actividad:

La ecuación reducida viene dada por la fórmula:

$\cfrac{(x-\alpha)^2}{a^2}+\cfrac{(y-\beta)^2}{b^2}=1$

Sustituyendo $a=5\,$ , $b=2\,$ , $\alpha=3\,$ , $\beta=-1\,$ , tenemos:

$\cfrac{(x-3)^2}{25}+\cfrac{(y+1)^2}{4}=1$

Puedes ver su gráfica en la siguente escena:

Click aquí si no se ve bien la escena

Ejercicio:

Usando la escena anterior, intenta representar las siguientes elipses y averigua sus parámetros.

a) $\cfrac{(x+2)^2}{16}+\cfrac{(y-3)^2}{25}=1$

b) $x^2+9y^2=9\,$

Obtenido de "http://maralboran.org/wikipedia/index.php/La_elipse_%281%C2%BABach%29"

Categorías: Matemáticas | Geometría

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Ecuación reducida de la elipse

Ecuación de la elipse con los focos en el eje Y

Ecuación de la elipse con el centro desplazado del origen de coordenadas

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