Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
АНАЛИТ. ГЕОМЕТРИЯ (ПМИ) (1).doc
Скачиваний:
190
Добавлен:
13.03.2016
Размер:
30 Мб
Скачать
☆

4.1.3. Гипербола

Определение 30. Гиперболой называется множество всех точек плоскости, модуль разности расстояний от каждой из которых до двух данных различных точек есть постоянная величина (рис. 50).

Данные точки называются фокусами и обозначаются F1 и F2. Данная постоянная величина обозначается 2. ЕслиF1F2 = 2с, то из свойств сторон треугольника F1F2М следует, что 2с  2, т.е. с .

При изучении гиперболы нужно решить те же самые задачи, которые мы ставили для эллипса.

Рис. 65

  • Выбрав какую-либо систему координат, вывести уравнение гиперболы.

  • Используя полученное уравнение, исследовать форму и свойства гиперболы.

Для вывода уравнения гиперболы выберем такую же каноническую систему координат, какая была использована для эллипса (рис. 65). В этой системе координат F1(с, 0), F2 (с, 0). Пусть М (х, у). Тогда r1 = F1М = , r2 = F2М= .

М  гиперболе   + = 2а, или

+ = 2а (58)

Уравнение (58) есть уравнение гиперболы. Упрощая его (проведите эти преобразования самостоятельно), получим

, где (59)

Так же как в случае эллипса можно показать, что уравнения (58) и (59) эквивалентны. Уравнение (59) называется каноническим уравнением гиперболы.

Исследуя уравнение (59), получаем следующие свойства гиперболы.

, т.е. х  илих. Следовательно, вся гипербола лежит вне полосы, ограниченной прямымих =  (рис.51).

 Гипербола пересекает ось (ОХ) в точках А1(,0),А2(,0). ОтрезокА1А2 имеет длину 2и называется действительной осью гиперболы.

Рис. 66

С осью (ОУ) гипербола не пересекается, но точки В1(0, ) иВ2(0, ) называются мнимыми вершинами гиперболы. ОтрезокВ1В2 имеет длину 2и называется мнимой осью гиперболы.

 Гипербола симметрична относительно координатных осей и начала координат. Следовательно, форму гиперболы достаточно исследовать только в первом координатном углу.

Пусть х  0, у  0. Тогда из уравнения (5) получим . Это уравнение той ветви гиперболы, которая лежит в первом координатном углу. Сравним эту ветвь гиперболы с лучом, лежащим в том же углу. При одном и том же значениих будет угип.улуче, т.е. ветвь гиперболы лежит между осью (ОХ) и лучом (рис. 67). Пусть М и точки на гиперболе и на луче

соответственно с одной и той же абсциссой.

Итак, точки гиперболы неограниченно приближаются к точкам луча.

Используя симметрию относительно координатных осей, получим, что в остальных координатных углах гипербола неограниченно приближается к прямым (рис. 68).

Рис. 67

Определение 31. Прямые, которые в канонической системе координат задаются уравнениями , называютсяасимптотами гиперболы.

Величина  = называетсяэксцентриситетом гиперболы. Очевидно,   1.

Рис. 68

Определение 32. Прямые, которые в канонической системе координат имеют уравнения называютсядиректрисами гиперболы.

Теорема 4. Отношение расстояния от любой точки гиперболы до фокуса к расстоянию от этой же точки до соответствующей директрисы есть постоянная величина, равная эксцентриситету.

Доказательство этой теоремы аналогично доказательству теоремы 1.

Определение 33. Прямая называется касательной к гиперболе, если она имеет с гиперболой одну двукратную точку пересечения. Общая точка гиперболы и её касательной называется точкой касания.

Теорема 5. В любой точке гиперболы существует касательная к ней и только одна. Если гипербола задана уравнением (59) и точка касания М0(х0, у0), то касательная имеет уравнение

.

Доказательство этой теоремы аналогично доказательству теоремы 2.

Теорема 6. Если действительная ось гиперболы постоянна, то при   1 гипербола стремится к паре лучей на оси (ОХ) с вершинами А1 и А2, если   , то гипербола стремится к паре параллельных прямых х =  а (рис. 69).

Эта теорема доказывается аналогично теореме 3.

Рис. 69

Замечание 1. Если при выводе уравнения гиперболы через фокусы направить ось (ОУ) и постоянную, о которой идёт речь в определении, обозначить 2, то будета2 = с22 и уравнение гиперболы запишется (60).

Гиперболы, заданные уравнениями (59) и (60) называются сопряжёнными. Сопряжённые гиперболы имеют они и те же асимптоты (рис. 70). Фокусы гиперболы (60): ,. Её эксцентриситет = , директрисы у =.

Рис. 70

Замечание 2. Если центром гиперболы является точка С(х0, у0) и действительная ось параллельна оси (ОХ), то уравнение гиперболы .