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Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas SUPERFICIE CÓNICA Una superficie cónica es aquella que se obtiene al hacer girar una recta g, llamada generatriz,

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1 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas SUPERFICIE CÓNICA Una superficie cónica es aquella que se obtiene al hacer girar una recta g, llamada generatriz, alrededor de otra recta e, llamada eje, cuando g y e son secantes. El punto de corte de ambas rectas es el vértice V de la superficie. Al cortar a la superficie así formada por un plano se obtienen secciones que se llaman cónicas. Cuando el plano cortante contiene al vértice se obtienen las llamadas cónicas degeneradas, que son un punto, una recta o un par de rectas secantes. Generatriz Eje

2 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas CÓNICAS DEGENERADAS Punto Recta Rectas secantes α β α β α β α β

3 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Circunferencia: El plano secante es perpendicular al eje. Elipse: El plano secante forma con el eje un ángulo ( ) menor que con las generatrices ( ) En ambos casos la cónica es una curva cerrada y corta a todas las generatrices Parábola: El plano secante es paralelo a una generatriz, cortando a una sola de las hojas de la superficie cónica. = Hipérbola: El plano secante forma con el eje un ángulo ( ) menor que con las generatrices ( ) y corta a las dos hojas de la superficie cónica. En ambos casos la cónica es una curva abierta y no corta a todas las generatrices. Circunferencia Elipse Parábola Hipérbola CÓNICAS NO DEGENERADAS = 90º > = <

4 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Circunferencia como sección de un cono Al cortar la superficie cónica con un plano se obtienen unas curvas que se llaman cónicas. Las distintas posiciones del plano determinan diferentes cónicas. Circunferencia: cónica no degenerada que se obtiene cuando el plano secante es perpendicular al eje del cono, corta a todas las generatrices y no pasa por el vértice.

5 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas C Estudio sintético de la circunferencia Circunferencia es el lugar geométrico de los puntos del plano que equidistan de un punto fijo llamado centro. Radio Diámetro Centro Cuerda Arco CP C

6 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Ecuación de la circunferencia Ecuación analítica de la circunferencia: (x – a) 2 +(y – b) 2 = r 2 x 2 + y 2 – 2ax – 2by + a 2 + b 2 – r 2 = 0 x 2 + y 2 +D x + E y + F = 0 Inversamente: dada x 2 + y 2 +D x + E y + F = 0 su centro y el radio serán:

7 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Condiciones para que una ecuación represente a una circunferencia kx 2 +ky 2 –2akx –2bky+k(a 2 +b 2 – R 2 )=0 Ax 2 +By 2 +Cxy+D x +E y+ F =0 Identificando coeficientes se obtiene: Si es negativo no existe circunferencia.

8 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Posiciones relativas de un punto y una circunferencia Si d(P, O) > r el punto P es exterior Si d(P, O) = r el punto P está en la circunferencia Si d(P, O) < r el punto P es interior

9 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Posiciones relativas de una circunferencia y una recta Si d(O, s) > r, la recta s es exterior. Recta y circunferencia no tienen puntos en común. Si d(O, s) = r, la recta s es tangente. Recta y circunferencia tienen un punto en común. Si d(O, s) < r, la recta s es secante. Recta y circunferencia tienen dos puntos en común.

10 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Posiciones relativas de una recta y una circunferencia Para saber cuántos puntos en común tienen una recta a x + b y + c=0 y una circunferencia Ax 2 + Ay 2 + Bx + Cy + D = 0 hemos de saber cuántas soluciones tiene el sistema a x + b y + c = 0 Ax 2 + Ay 2 + Bx + Cy + D = 0 Mx 2 + Nx + P = 0 Al despejar y de la ecuación de arriba y sustituir en la de abajo obtenemos = N M P > 0 dos soluciones dos puntos de contacto Recta secante = N M P = 0 una solución un punto de contacto Recta tangente = N M P < 0 sin solución sin puntos de contacto Recta exterior

11 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Posiciones relativas de dos circunferencias Si d(O, O') > r + r', las circunferencias son exteriores. Las circunferencias no tienen puntos en común. Si d(O, O') = r + r', las circunferencias son tangentes exteriores. Si d(O, O') = r – r', las circunferencias son tangentes interiores. Las circunferencias tienen un punto en común. Si d(O, O') < r – r', las circunferencias son interiores. Si además tienen el mismo centro son concéntricas. Las circunferencias no tienen puntos en común.

12 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Potencia de un punto respecto a una circunferencia Los triángulos PAB' y PA'B son semejantes PA. PB = PA'. PB Se define Pot c (P) = PA. PB = PA'. PB'

13 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Expresión analítica de la potencia Potc(P) = PA. PB = (d – r) (d + r) = d 2 – r 2 = (x o – a) 2 + (y o – b) 2 – r 2 Por tanto: para hallar la potencia de un punto respecto a una circunferencia se sustituyen las coordenadas del punto en la ecuación de la circunferencia.

14 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Potencia y posición relativa P exterior a la circunferencia Pot c (P) > 0 P interior a la circunferencia Pot c (P) < 0 P sobre la circunferencia Pot c (P) = 0

15 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Sean C 1 x 2 + y 2 + Dx + Ey + F = 0 y C 2 x 2 + y 2 + D'x + E'y + F' = 0. Para que un punto P(x, y) pertenezca al eje radical se ha de cumplir que Pot C 1 (P) = = Pot C 2 (P). Es decir: x 2 + y 2 + Dx + Ey + F = x 2 + y 2 + D'x + E'y + F' (D – D') x + (E – E') y + (F – F') = 0 Eje radical de dos circunferencias Se define el eje radical de dos circunferencias como el lugar geométrico de los puntos del planos que tienen igual potencia respecto de ambas. Por tanto: el eje radical de dos circunferencias es una recta.

16 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Estudio geométrico del eje radical de dos circunferencias El eje radical es siempre perpendicular a la línea de centros.

17 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Parábola como secciones de un cono Parábola: cónica no degenerada que se obtiene cuando el plano secante es oblicuo al eje del cono, paralelo a una generatriz y no pasa por el vértice.

18 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Ecuación de la parábola: eje en OY y ramas hacia arriba Para obtener una ecuación sencilla de la parábola, se puede situar el foco, F, en el eje de ordenadas simétrico respecto al origen de coordenadas de la directriz, d, que se sitúa paralela al eje de abscisas. La distancia desde el foco a la directriz se llama parámetro. Podemos entonces tomar (por ejemplo): F(0, p/2) y d: y = – p/2 Eliminando radicales: x 2 = 2py P(x, y)

19 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Estudio sintético de la parábola La parábola es el lugar geométrico de los puntos del plano, P, que equidistan de un punto fijo F llamado foco y de una recta d llamada directriz. P Radio vector V: vértice Eje Cuerda focal d(P, F) d(P, d) e == 1 La excentricidad de la parábola es 1. F: foco d: directriz Parámetro

20 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Ecuación de la parábola: eje en OY y ramas hacia abajo Para obtener una ecuación sencilla de la parábola se puede situar el foco, F, en el eje de ordenadas simétrico respecto al origen de coordenadas de la directriz, d, que se sitúa paralela al eje de abscisas. La distancia desde el foco a la directriz se llama parámetro. Podemos entonces tomar (por ejemplo): F(0, – p/2) y d: y = p/2 Eliminando radicales: x 2 = – 2py P(x, y)

21 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Ecuación de la parábola: eje en OX y ramas hacia la derecha Para obtener una ecuación sencilla de la parábola se puede situar el foco, F, en el eje de abcisas simétrico respecto al origen de coordenadas de la directriz, d, que se sitúa paralela al eje de abscisas. La distancia desde el foco a la directriz se llama parámetro. Podemos entonces tomar (por ejemplo): F(p/2, 0) y d: x = – p/2 Eliminando radicales: y 2 = 2px P(x, y)

22 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Ecuación de la parábola: eje en OX y ramas hacia la izquierda Para obtener una ecuación sencilla de la parábola se puede situar el foco, F, en el eje de abcisas simétrico respecto al origen de coordenadas de la directriz, d, que se sitúa paralela al eje de abscisas. La distancia desde el foco a la directriz se llama parámetro. Podemos entonces tomar (por ejemplo): F(– p/2, 0) y d: x = p/2 Eliminando radicales: y 2 = – 2px P(x, y)

23 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Tangente y normal a una parábola en un punto Ecuación de la recta tangente: y – f(x o ) = f '(x o ) (x – x o ) Ecuación de la recta normal: y – f(x o ) = (–1/ f '(x o )) (x – x o ) Propiedad de la tangente: La tangente y la normal son las bisectrices de los ángulos que forman el radio vector de un punto P y una recta paralela al eje que pasa por P. Propiedad del foco: Todo rayo que sale del foco se refleja en la parábola con dirección paralela al eje. Todo rayo que llega paralelo al eje de la parábola se refleja sobre el foco.

24 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Elipse como secciones de un cono Elipse: cónica no degenerada que se obtiene cuando el plano secante es oblicuo al eje del cono, corta a todas las generatrices y no pasa por el vértice.

25 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Estudio sintético de la elipse La elipse es el lugar geométrico de los puntos del plano, P, cuya suma de distancias a dos puntos fijos, llamados focos (F y F'), es constante, 2a. Por tanto: PF + PF' = 2a Eje mayor Eje menor Vértices Radio vector Eje focal Eje secundario

26 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas BF + BF' = 2a (BF = BF') 2 BF = 2a BF = a Segmentos de la elipse. Relación fundamental A'A = A'F + FA = A'F + A'F' = 2a OA = OA' = a aa BB' = 2b OB = OB' = b FF' = 2c OF = OF' = c a c b a 2 = b 2 + c 2

27 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas e = c/a 0 < e < 1 ya que 0 < c < a En la medida en que e se aproxima a 0 la elipse se parece más a una circunferencia. En la medida en que e se aproxima a 1 la elipse se parece más a un segmento. Excentricidad de la elipse e = 0.1 e = 0.3 e = 0.5 e = 0.7 e = 0.9 Sucesivas elipses en las que a = 5. Los focos, cuando e pasa de 1 a 0, van acercándose cada vez más al centro.

28 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Ecuación de la elipse Para obtener una ecuación sencilla de la elipse se sitúan los focos en el eje de abscisas simétricos respecto al origen de coordenadas, por lo que el centro de la elipse quedará en (0,0). Las coordenadas de los focos serán entonces F(c, 0) y F'(–c, 0). Eliminando radicales: (a 2 – c 2 ) x 2 + a 2 y 2 = a 2 (a 2 – c 2 ). Como a 2 – c 2 = b 2. Obtenemos: b 2 x 2 + a 2 y 2 = a 2 b 2, y dividiendo por a 2 b 2 :

29 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Ecuación general de las cónicas Las ecuaciones más sencillas de las cónicas se obtienen cuando los ejes coordenados coinciden con sus ejes. ¿Qué forma tienen dichas ecuaciones cuando la cónica está situada en cualquier parte del plano? Giro de centro el origen y amplitud 45º La ecuación general de una cónica es Ax 2 +Bxy+Cy 2 +Dx+Ey+F=0 donde A, B y C no son nulos a la vez.

30 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Tangente y normal a una elipse en un punto Ecuación de la recta tangente: y – f(x o ) = f '(x o ) (x – x o ) Ecuación de la recta normal: y – f(x o ) = (–1/ f '(x o )) (x – x o ) Propiedad de la tangente: los radio-vectores del punto P forman el mismo ángulo con la recta tangente en dicho punto.

31 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Hipérbola como secciones de un cono Hipérbola: cónica no degenerada que se obtiene cuando el plano es paralelo al eje del cono y no pasa por el vértice.

32 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Estudio sintético de la hipérbola La hipérbola es el lugar geométrico de los puntos del plano, P, cuya diferencia de distancias, en valor absoluto, a dos puntos fijos, llamados focos (F y F'), es constante, 2a. Por tanto: |PF – PF'| = 2a Eje focal Eje secundario Centro Vértices Radio vector Eje mayor Eje menor

33 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Asíntotas de la hipérbola. Relación fundamental Asíntota: y = (b/a) x Asíntota: y = – (b/a) x 2a 2b a b c c 2 = a 2 + b 2 A'A = AF' – A'F' = AF' – AF = 2a OA = OA' = a BB' = 2b OB = OB' = b FF' = 2c OF = OF' = c F F'

34 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Excentricidad de la hipérbola e = c/a e > 1 ya que c > a En la medida en que e se hace muy grande las ramas de la hipérbola se abren cada vez más. En la medida en que e se aproxima a 1 las ramas se cierran sobre el eje OX. Sucesivas hipérbolas en las que a = 5. Los focos, al crecer e, se van alejando del centro. e = 3 e = 1.1 e = 2

35 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Ecuación de la hipérbola Para obtener una ecuación sencilla de la hipérbola se sitúan los focos en el eje de abscisas simétricos respecto al origen de coordenadas, por lo que el centro de la elipse quedará en (0,0). Las coordenadas de los focos serán entonces F(c, 0) y F'(–c, 0). Eliminando radicales: (c 2 – a 2 ) x 2 – a 2 y 2 = a 2 (c 2 – a 2 ). Como a 2 + b 2 = c 2. Obtenemos: b 2 x 2 – a 2 y 2 = a 2 b 2, y dividiendo por a 2 b 2 :

36 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Tangente y normal a una hipérbola en un punto Ecuación de la recta tangente: y – f(x o ) = f '(x o ) (x – x o ) Ecuación de la recta normal: y – f(x o ) = (–1/ f '(x o )) (x – x o ) Propiedad de la tangente: los radio-vectores del punto P forman el mismo ángulo con la recta tangente en dicho punto.

37 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Clasificación de las cónicas La gráfica de cualquier cónica no degenerada de ecuación Ax 2 + Bxy + Cy 2 + Dx + Ey + F = 0 es una elipse si:B 2 – 4AC < 0 es una parábola si: B 2 – 4AC = 0 es una hipérbola si: B 2 – 4AC > 0 Además si B = 0 los ejes de la cónica son paralelos a los ejes coordenados, y si B 0 la cónica tiene los ejes girados respecto a los ejes cartesianos. La ecuación general de esta cónica es Ax 2 +Bxy+Cy 2 +Dx+Ey+F=0 con B = 0 y B 2 – 4AC < 0 La ecuación general de esta cónica es Ax 2 +Bxy+Cy 2 +Dx+Ey+F=0 con B = 0 y B 2 – 4AC > 0 La ecuación general de esta cónica es Ax 2 +Bxy+Cy 2 +Dx+Ey+F=0 con B = 0 y B 2 – 4AC = 0

38 Matemáticas 1.º Bachillerato Cónicas Otra clasificación de las cónicas Dado un punto F llamado foco, una recta fija d (que no pase por F) llamada directriz y un número e > 0, el conjunto de los puntos P del plano tal que d(P, F) = e. d(P, d) es una cónica de excentricidad e. Si e < 1 es una elipse Si e = 1 es una parábola Si e > 1 es una hipérbola Elipses Parábola Hipérbola


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