La hipérbola (1ºBach)

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Tabla de contenidos

1 Elementos de la hipérbola
2 Excentricidad de la hipérbola
3 Ecuaciones de la elipse
4 Construcciones de la elipse

Elementos de la hipérbola

Una una elipse de focos $F\,$ y $F'\,$ , con asíntotas $r\,$ y $r'\,$ , con ejes de simetría $AA'\,$ y su perpendicular pasando por su centro $O\,$ , determina los siguientes segmentos:

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

Propiedades

$k=2a\,$ (constante de la hipérbola)
$c^2=a^2+b^2\,$
$c>a\,$
Las asíntotas tienen pendientes $\cfrac{b}{a}$ y $-\cfrac{b}{a}$ .

Demostración:

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

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

Por el teorema de Pitágoras aplicado al triángulo de lados $a\,$ , $b\,$ y $c\,$ , tenemos

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

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

La pendiente se calcula como la tangente del ángulo que forma la recta con el eje X. Para la asíntota creciente, la pendiente es:

$tg \, \alpha=\cfrac{b}{a}$

y para la decreciente, es igual pero con signo opuesto.

Excentricidad de la hipérbola

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

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

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

Propiedades

En una hipérbola $e>1\,$ .

Demostración:

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

Actividad interactiva: Excentricidad de la hipérbola

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

Actividad:

Click aquí si no se ve bien la escena

Ejercicios: Modifica el valor de e (deslizando el punto verde) y observa los cambios.

¿Entre qué valores puede variar la excentricidad de una hipérbola?
¿Cómo son las hipérbola de excentricidad grande? ¿y las de poca excentricidad (próxima a 1)?
Intenta visualizar una hipérbola equilátera (asíntotas perpendiculares). ¿Cuál es su excentricidad? ¿Sabrías demostrarlo?

Pulsa el botón Actualizar para recuperar la imagen inicial. Modifica el valor de a y observa los cambios.

¿Qué tienen en común todas las hipérbolas 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) $x^2+9y^2=9\,$

Construcciones de la elipse

Actividad interactiva: Construcciones de la elipse

Actividad 1: Método del jardinero.

Actividad:

Los jardineros, para trazar una forma elíptica sobre la tierra, clavan dos estacas en el suelo, atan entre ambas una cuerda suficientemente amplia y, manteniéndola tensa, trazan una línea sobre la tierra apoyando un palo sobre la cuerda y deslizándolo sobre la misma.

En la siguiente escena, activa la traza, desliza el punto P y observa.

¿Qué tipo de curva describe la traza de P en su movimiento?
¿Qué representan los segmentos morados?
¿Qué propiedad cumplen todos los puntos por los que pasa P?
¿Qué ocurre si pones c=0?

Click aquí si no se ve bien la escena

Actividad 2: La elipse como envolvente (1).

Actividad:

Click aquí si no se ve bien la escena

Desliza el punto Q y observa.

¿Qué cumple el segmento QR en cada momento respecto al punto F?

Activa el trazo de QR y vuelve a deslizar el punto Q

¿Cuál es la envolvente de la familia de segmentos QR?, es decir, ¿cuál es la curva tangente a esa familia de segmentos?

Tras pulsar sobre para volver a la figura inicial, modifica la posición de F y repite lo anterior.

¿De qué modo influye la posición relativa de F en la forma de la elipse generada?

Actividad 3: La elipse como envolvente (2).

Actividad:

Click aquí si no se ve bien la escena

Desliza el punto Q y observa. La figura muestra por donde habría de doblarse la cicunferencia (si fuese de papel) para que el punto Q coincidiese con el F.

Activa el trazo de la cuerda y vuelve a deslizar el punto Q