📘 CodingMarble Learn

Конические сечения: окружность, парабола, эллипс и гипербола

Если разрезать двойной конус плоскостью, получится окружность, эллипс, парабола или гипербола; разрез через вершину даёт точку, прямую или пару прямых (вырожденные случаи). Окружность: (x − h)² + (y − k)² = r². Парабола y² = 4ax: фокус (a, 0), директриса x = −a, длина фокальной хорды 4a, e = 1. Эллипс x²/a² + y²/b² = 1 (a > b): c² = a² − b², фокусы (±c, 0), e = c/a < 1, фокальная хорда 2b²/a, PF₁ + PF₂ = 2a. Гипербола x²/a² − y²/b² = 1: c² = a² + b², e = c/a > 1, фокальная хорда 2b²/a, |PF₁ − PF₂| = 2a.

🎬 История по шагам

  1. Возьми два рожка мороженого, сложенных остриями друг к другу. Разрежь их ровным листом. Прямой разрез даёт окружность, наклонный даёт эллипс, разрез параллельно боку даёт параболу, крутой даёт гиперболу. Разрез через остриё даёт точку, одну прямую или две прямые.
  2. Окружность — это все точки на одном расстоянии r от центра (h, k). Её уравнение (x − h)² + (y − k)² = r². Из x² + y² − 2x − 4y − 4 = 0 получаем центр (1, 2) и радиус 3.
  3. Парабола: каждая её точка одинаково далеко от одной точки (фокуса) и от одной прямой (директрисы). Для y² = 4ax фокус равен (a, 0), а директриса x = −a.
  4. Эллипс: для каждой точки сумма расстояний до двух фокусов одна и та же, равная 2a. Уравнение x²/a² + y²/b² = 1, где c² = a² − b².
  5. Гипербола: для каждой точки разность расстояний до двух фокусов одна и та же, равная 2a. Уравнение x²/a² − y²/b² = 1, где c² = a² + b².
  6. Свободная игра: выбери кривую и меняй a и b или наклоняй плоскость, которая режет конус. Следи за фокусами, e и фокальной хордой.

Совет: тяни 3D-сцену, чтобы повернуть её. Двумя пальцами можно приблизить.

🤔 Частые сомнения — разобраны

Почему окружность — коническое сечение?

Когда секущая плоскость перпендикулярна оси конуса, все точки разреза находятся на одном расстоянии от оси. Это и есть окружность.

Что такое вырожденное коническое сечение?

Плоскость проходит через вершину, поэтому кривая сжимается до точки, одной прямой или двух прямых.

Как понять, что x² + y² + 2gx + 2fy + c = 0 действительно окружность?

Найди g² + f² − c. Если число положительное, получится настоящая окружность; нуль даёт только точку; отрицательное число — окружности нет.

Почему фокальная хорда параболы y² = 4ax равна 4a?

Подставь x = a: y² = 4a², значит y = ±2a. Хорда идёт от −2a до 2a, её длина 4a.

Как узнать, вдоль какой оси идёт большая ось эллипса: x или y?

Смотри на знаменатели. Если больший стоит под x², большая ось горизонтальная, а если под y² — вертикальная.

Гипербола — это две параболы?

Нет. Её ветви приближаются к прямым (асимптотам), и у неё e > 1. У параболы нет асимптот и e = 1.

Сечения конуса

Двойной конус получается, если вращать наклонную прямую (образующую) вокруг неподвижной оси. Две его половины называют полостями. Разрежем его плоскостью, которая не проходит через вершину:

Вырожденные конические сечения

Если плоскость проходит через вершину, сечение «сплющивается» в более простую фигуру:

Окружность

Окружность — это множество всех точек, находящихся на одном расстоянии r (радиус) от заданной точки C(h, k) (центр). По формуле расстояния: (x − h)² + (y − k)² = r². Если центр в начале координат: x² + y² = r².

Общий вид: x² + y² + 2gx + 2fy + c = 0, центр (−g, −f), радиус √(g² + f² − c). Чтобы найти их, выдели полные квадраты.

Парабола

Парабола — это множество точек, одинаково удалённых от заданной точки (фокуса) и заданной прямой (директрисы). Прямая через фокус, перпендикулярная директрисе, — это ось; точка посередине — вершина.

УравнениеФокусДиректрисаВетви
y² = 4ax(a, 0)x = −aвправо
y² = −4ax(−a, 0)x = aвлево
x² = 4ay(0, a)y = −aвверх
x² = −4ay(0, −a)y = aвниз

Фокальная хорда (latus rectum) — это хорда через фокус, перпендикулярная оси. Её длина равна 4a.

Эллипс

Эллипс — это множество точек, у которых сумма расстояний до двух заданных точек (фокусов) постоянна и равна 2a. Если центр в начале координат, а фокусы на оси x: x²/a² + y²/b² = 1, a > b, и c² = a² − b².

Гипербола

Гипербола — это множество точек, у которых разность расстояний до двух фокусов постоянна и равна 2a. Стандартный вид: x²/a² − y²/b² = 1, где c² = a² + b².

Главные формулы и определения

Разобранные примеры

1. Найди уравнение окружности с центром (−2, 3) и радиусом 4.

Шаг 1: (x + 2)² + (y − 3)² = 16. Шаг 2: x² + 4x + 4 + y² − 6y + 9 = 16. Шаг 3: x² + y² + 4x − 6y − 3 = 0.

2. Найди центр и радиус окружности x² + y² + 8x − 10y − 8 = 0.

Шаг 1: (x² + 8x + 16) + (y² − 10y + 25) = 8 + 16 + 25. Шаг 2: (x + 4)² + (y − 5)² = 49. Шаг 3: центр (−4, 5), радиус 7.

3. Найди фокус, директрису и фокальную хорду параболы y² = 12x.

Шаг 1: 4a = 12, значит a = 3. Шаг 2: фокус (3, 0), директриса x = −3. Шаг 3: фокальная хорда = 4a = 12.

4. Найди фокус и директрису параболы x² = −16y.

Шаг 1: вид x² = −4ay, где 4a = 16, a = 4. Шаг 2: ветви вниз: фокус (0, −4). Шаг 3: директриса y = 4.

5. Найди параболу с вершиной в начале координат, осью вдоль оси x, проходящую через (2, 3).

Шаг 1: вид y² = 4ax (у точки x > 0). Шаг 2: 9 = 4a × 2 → 4a = 9/2. Шаг 3: y² = 9x/2, или 2y² = 9x.

6. Для x²/25 + y²/9 = 1 найди фокусы, эксцентриситет и фокальную хорду.

Шаг 1: a = 5, b = 3. Шаг 2: c = √(25 − 9) = 4 → фокусы (±4, 0). Шаг 3: e = 4/5; фокальная хорда = 2 × 9/5 = 18/5.

7. Найди эллипс с вершинами (±13, 0) и фокусами (±5, 0).

Шаг 1: a = 13, c = 5. Шаг 2: b² = a² − c² = 169 − 25 = 144. Шаг 3: x²/169 + y²/144 = 1.

8. Для 9y² − 4x² = 36 найди фокусы и эксцентриситет.

Шаг 1: делим на 36: y²/4 − x²/9 = 1, ось вдоль y. Шаг 2: a = 2, b = 3, c = √(4 + 9) = √13. Шаг 3: фокусы (0, ±√13), e = √13/2.

9. Найди гиперболу с фокусами (±5, 0) и действительной осью 8.

Шаг 1: 2a = 8 → a = 4; c = 5. Шаг 2: b² = c² − a² = 25 − 16 = 9. Шаг 3: x²/16 − y²/9 = 1.

Частые ошибки

Тренировочный тест

1. Плоскость, параллельная образующей конуса (и не проходящая через вершину), даёт
2. Радиус окружности x² + y² − 6x = 0 равен
3. Фокус параболы y² = 8x находится в точке
4. Эксцентриситет эллипса всегда
5. Для x²/9 − y²/16 = 1 значение c равно

Практика: отвечай сам

Введи или выбери ответ и нажми «Проверить». Если застрял, возьми подсказку; полное решение появится после ответа.

Частые вопросы

Что такое конические сечения в 11 классе?

Это кривые, которые получаются при разрезе двойного конуса плоскостью: окружность, эллипс, парабола и гипербола, а также вырожденные случаи.

Что такое фокальная хорда параболы?

Это хорда через фокус, перпендикулярная оси. Для y² = 4ax её длина 4a.

Чем эллипс отличается от гиперболы?

Эллипс: сумма расстояний до фокусов равна 2a, c² = a² − b², e < 1. Гипербола: разность равна 2a, c² = a² + b², e > 1.

Где это изучают

ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªGeometry
NetherlandsVWO 5Geometry
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIIAnalytic geometry in the plane
Spain2º BachilleratoGeometric foundations
Spain2º BachilleratoGeometry, art and environment
CBSE (India)Class 11Coordinate Geometry
CBSE (India)Class 11Coordinate Geometry
England (GCSE, A level)Year 12C Coordinate geometry in the (x, y) plane
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Connecting algebra and geometry through coordinates
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Circles with and without coordinates
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Circles with and without coordinates
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Functions Involving Parameters, Vectors, and Matrices
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Conic sections
Japan高校3年Curves and the complex plane
South Korea고등학교 1학년Equations of figures
South Korea고등학교 1학년Equations of figures
South Korea고등학교 2학년Conic sections
South Korea고등학교 3학년Conic sections
FranceTerminaleMathematics (2019 programme)
China高二Ch.2 Lines and circles
China高二Ch.3 Conic sections

Сначала изучи

Дальше изучай

Похожие уроки

Все уроки: Maths