Тема . Аналитическая геометрия
.04 Кривые второго порядка. Эллипс, гипербола, парабола.
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела аналитическая геометрия
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#73367

Провести полное доказательство того, что геометрическое и алгебраическое определения гиперболы эквивалентны.

Показать ответ и решение

1. ⇒ (из геометрического в алгебраическое).

Пусть дано ГМТ на плоскости, удовлетворяющее определению гиперболы.

То есть множество точек, таких, что модуль разности расстояний от этих точек до двух фиксированных точек F
 1   и F
 2   постоянный и равен 2a  , где c > a > 0  , 2c  - расстояние между F
 1   и F2   .

Введем прямоугольную систему координат так, чтобы точки F1   и F2   имели координаты F1(− c,0 )  , F (c,0)
  2  .

Тогда условие

||XF1  |− |XF2 || = 2a

можно расписать так. Пусть произвольная точка X  на гиперболе имеет координаты (x,y)  :

        ∘ ------------
|XF1 | =  (x + c)2 + y2   ,         ∘ ------------
|XF2  | =  (x−  c)2 + y2   ,

                       ∘ ------2---2-  ∘ ------2----2
||XF1 |− |XF2 || = 2a ⇔ |  (x + c) + y  −   (x−  c)  + y | = 2a

Возведем обе части в квадрат:

      2    2        2    2   ∘ --------2---2--------2---2-     2
(x+ c) +  y + (x − c) + y − 2  ((x + c) + y )((x − c) + y ) = 4a

       2   2         2   2         ∘ -------2---2--------2----2-
(x + c) + y +  (x − c) + y  − 4a = 2  ((x + c) + y )((x−  c)  + y )

  2     2    2     2   ∘ ---------------------------
2x + 2y  + 2c − 4a  = 2  ((x + c)2 + y2)((x − c)2 + y2)

                   ∘ ---------------------------
x2 + y2 + c2 − 2a2 = ((x + c)2 + y2)((x − c)2 + y2)

Еще раз возводим в квадрат:

(x2 + y2 + c2 − 2a2)2 = ((x + c)2 + y2)((x − c)2 + y2)

4a4− 4a2c2− 4a2x2− 4a2y2+c4 +2c2x2 +2c2y2+x4 +2x2y2 +y4  = (x2+2cx+c2  +y2 )(x2 − 2cx+c2 +y2 )

  4     22     2 2     2 2   4    2  2    2 2    4    2 2    4
4a − 4a c  − 4a x −  4a y + c +  2cx  + 2c y + x  + 2x y  + y =

= x4− 2cx3+x2c2 +x2y2 +2cx3 − 4c2x2+2c3x+2cxy2  +x2c2 − 2c3x+c4  +c2y2+x2y2 − 2cxy2+c2y2 +y4

  4    2 2    2 2    2 2   4    2 2    2 2    4    2 2   4    4   4    2 2    2 2   4    2 2
4a − 4a c − 4a x − 4a y  +c + 2c x + 2c y + x  + 2x y + y =  x + y − 2c x + 2x y + c + 2c y

4a4 − 4a2c2 − 4a2x2 − 4a2y2 + 2c2x2 = − 2c2x2

(4c2 − 4a2)x2 − 4a2y2 = 4a2c2 − 4a4

(c2 − a2)x2 − a2y2 = a2c2 − a4

(c2 − a2)x2 − a2y2 = a2(c2 − a2)

Делим теперь всё на  2   2
c − a   :

 2   -a2y2--   2
x −  c2 − a2 = a

И теперь делим на a2   :

x2-  ---y2--
a2 − c2 − a2 = 1

Осталось лишь обозначить за b2   величину c2 − a2   , и мы получим нужно нам уравнение

  2    2
x--−  y-=  1
a2    b2

2. ⇐ (из геометрического в алгебраическое).

Пусть дано множество точек (x, y)  на плоскости, удовлетворяющих уравнению

x2-   y2-
a2 −  b2 = 1

То есть

     b2
y2 = -2x2 − b2
     a

Тогда давайте выберем две точки F1 =  (− c,0)  и F2 = (c,0)  . Тогда утверждается, что модуль разности расстояний от любой точки (x,y)  до F1   и до F2   равен 2a  .

Действительно, если обозначить за r1   расстояние от (x,y)  до F1   , то     ∘ ------------
r1 =  (x + c)2 + y2   , если обозначить за r2   расстояние от (x,y)  до F2   , то      ∘ ------2----2
r2 =   (x − c) + y   .

Далее, вычислим r1   :

                     ∘ -------------------  ∘ ------------------------
    ∘ -------2---2           2   b2-2    2      2         2  b2- 2   2
r1 =  (x + c) + y  =   (x+ c)  + a2x  − b =   x  + 2cx + c + a2 x − b  =

  ∘ --------------------  ∘ ---------------
=    a2 +-b2x2 + 2cx + a2 =  c2x2 + 2cx+ a2 = |cx + a|
       a2                    a2                a

Абсолютно аналогично можно показать, что r2 = |a − cax| .

Причем заметим, что если мы находится на правой ветви гиперболы, то r1 = cax+  a  , а r2 = − a + cax  и в таком случае |r1 − r2| = |2a| = 2a  , а если мы находимся на левой ветви гиперболы, то r1 = − a − cax  , r2 = a − cax  и вновь получаем, что |r1 − r2| = |− 2a | = 2a  .

Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!