Задачі для самостійного виконання
1.За рівняннями а) , б)
, в)
знайти центри та радіуси кіл.
2.Скласти рівняння кола з центром у точці С і радіусом R: 1) С(-6,-3), R=5; 2) C(1,-2), ; 3) C(2,0), R=3; 4) C(0,-1), R=1,5.
3.Для поданих рівнянь кіл знайти координати їх центрів і радіуси: 1) ;
2) ; 3)
.
4.Скласти рівняння кола, якщо кінці його діаметра містяться у точках А(-3,-1) і В(1,5).
5.Скласти рівняння кола з центром в точці О(0,0), яке дотикається прямої .
6.Записати рівняння кола з радіусом рівним 13, яке проходить через точки А(3,-1), і В(-4,-8).
7.Трикутник заданий вершинами L(-3,6), M(-1,10), N(6,9). Записати рівняння описаного навколо DLMN кола.
8.Написати рівняння дотичної до кола в точці М(5,3).
9.Коло задане рівнянням . Скласти рівняння дотичної до кола в точці М(0,1).
10.Знайти відстань між центрами кіл і
.
Відповіді: 1.а) С(-4,2), R=6; б) С(0,-3), ; в) С(4,-2),
. 2.1)
; 2)
; 3)
;
4) .
3.1) ; 2)
; 3)
. 4.
.
5. .
6. або
.
7. .8.
.
9. .10.10.
Еліпс
Означення. Еліпсом називається множина точок площини, сума відстаней яких від двох заданих точок, що називаються фокусами, є величина стала і дорівнює .
Позначимо фокуси і
. Припустимо, що відстань
=
– фокусна відстань. Щоб отримати канонічне рівняння еліпса розмістимо
і
на осі
, симетрично щодо початку координат. Тоді фокуси матимуть координати
і
(див. рис. 24).
Нехай M(x, y) – довільна точка еліпса . Позначимо через r2і r1– відстані від точки M до фокусів. Згідно з означенням еліпса.
. (38)
Рис. 24.
Підставимо в (38) ,
і звільнимось від ірраціональності, піднісши обидві частини до квадрата, отримаємо:
(підносимо до квадрата обидві частини)
Позначимо: , отримаємо канонічне рівняння еліпса:
Відмітимо, що за відомою властивістю трикутника (сума двох сторін більша третьої) із маємо
Оскільки
, то
, а тому
(*)
Для побудови еліпса зауважимо, що якщо точка належить еліпсу, тобто задовольняє рівняння (39), то точки
теж задовольняють це рівняння: із
Точки – розміщені симетрично відносно осей координат. Отже, еліпс – фігура симетрична відносно координатних осей. Тому досить побудувати графік в першій чверті, а тоді симетрично продовжити його.
З (39) знаходимо , для І-ої чверті
.
Якщо , то
. Якщо ж
, то
. Точки
і
, а також симетричні з ними
– вершини еліпса, точка
– центр еліпса,
– велика вісь,
– мала вісь еліпса. Якщо
І чверті, то із
випливає, що при зростанні
від
до
значення
спадає від
до
. Зображення еліпса на рис. 25.
Величина відношення міжфокусної відстані до великої осі називається ексцентриситетом еліпса і, після скорочення на 2, позначається . Значення ексцентриситета характеризує ступінь “сплющенності” еліпса. Якщо
, то
– маємо коло. Якщо ж
, то
– еліпс вироджується у відрізок. В невироджених випадках
Для фокальних радіусів наведемо без доведення такі формули:
(**)
Рис. 25.
Еліпс можна побудувати механічним способом. Із канонічного рівняння знаходимо півосі і
, тоді обчислюємо
– півфокусну відстань. Будуємо фокуси
і
на відстані один від одного
. Кінці нерозтяжної нитки довжиною
закріпляємо в точках
і
. Натягуючи вістрям олівця нитку, водимо вістрям по площині таким чином, щоб нитка ковзала по вістрю. Олівець при цьому опише півеліпс. Відтягуючи нитку в протилежну сторону, накреслимо другу половину еліпса.
Задача 1.Задано еліпс рівнянням і точки М0(4;1,8), М1(3;2,4). Необхідно:
1) переконатись, що точки М0 і М1 лежать на еліпсі;
2) знайти півосі еліпса та координати його фокусів;
3) побудувати еліпс і точки М0 і М1;
4) знайти відстань від точки М0 до фокусів;
5) упевнитись, що сума цих відстаней дорівнює довжині великої осі;
6) знайти ексцентриситет еліпса.
Розв’язання.1) Підставимо координати x=4; y=1,8 точки М0 в ліву частину рівняння еліпса:
– точка М0 лежить на еліпсі. Аналогічно для М1(3;2,4):
– точка М1 лежить на еліпсі.
2) З канонічного і даного рівняння
еліпса випливає
З рівності (*) цього параграфа
– півфокусна відстань. Координати фокусів F1(4;0) і F2(-4;0).
3)
Відкладемо значення півосі симетрично відносно точки О(0,0) на осі ОХ. Аналогічно b=3 відкладемо на осі ОУ.
4) Знайдемо фокальні радіуси точки М0
5) Знайдемо суму , що відповідає означенню еліпса.
6) Ексцентриситет знаходиться за формулою
Задача 2.Знайти осі, вершини і фокуси еліпса . Побудувати еліпс.
Розв’язання.Зведемо дане рівняння до канонічного вигляду (див. рівняння (39)), перенесемо вільний член вправо і почленно розділимо на нього всю рівність
Порівнюючи останнє рівняння з рівнянням (39), маємо Звідси знаходимо осі еліпса 2а=24, 2b=10 і координати вершин А1(12,0), А2(-12,0), В1(0,5), В2(0,-5). Далі із формули
. Отже, фокусами еліпса є точки F1(
,0) і F2(
,0). Для побудови еліпса відкладаємо на осях ОХ і ОУ вершини А1, В1, А2, В2 відповідно і з’єднуємо їх плавною лінією (див. попередню задачу).
Зауваження. Якщо у канонічному рівнянні більшою піввіссю буде b>a, то фокуси еліпса будуть розміщені на осі ОУ і тоді
.
Задача 3.Знайти осі, вершини і фокуси еліпса .
Розв’язання.Зведемо рівняння до канонічного ,
Вершини еліпса в точках А1(5,0), В1(0,13), А2(-5,0) і В2(0,-13). Будуємо вершини на координатних осях і з’єднаємо плавною лінією (див рис.). Оскільки в даному випадку b=13 більше ніж
, то еліпс витягнутий вдовж осі OY і фокуси теж будуть на осі OY, знаходимо півфокусну відстань
Фокуси в точках
і
(див. рис. 25-2)
Задача 4. Довести, що рівняння
описує еліпс. Знайти координати центра, півосі, півфокусну відстань, ексцентриситет. Побудувати еліпс.
Розв’язання. Зведемо рівняння до канонічного вигляду. Спочатку згрупуємо по кожній із змінних і виділимо повний квадрат
Позначимо Зроблену заміну змінних будемо розглядати як перетворення прямокутних координат x і y із системи XOY в нові координати
і
системи
шляхом паралельного перенесення координатних осей, де новий початок знаходиться в точці
. В новій системі координат
рівняння еліпса приймає канонічний вигляд
З канонічного рівняння ,
,
,
,
,
. Побудуємо в системі XOY точку
- новий початок координат, проведемо через
нові осі
і
. В системі
будуємо еліпс за отриманим канонічним рівнянням, тобто по
відкладаємо вліво і вправо відносно
півосі
, а по
- аналогічні півосі
(див рисунок).