Toisen asteen käyrät 1/7 Sisältö ESITIEDOT: käyrä, kartio ja lieriö

Samankaltaiset tiedostot
Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 352 Päivitetty Pyramidi 4 Luku Ensimmäinen julkaistu versio

102 Käyrä. Piste ( 3,0 ) on käyrällä, jos ja vain jos sen koordinaatit. Siis piste ( 1, 2) Siis piste ( 3,0 ) ei ole käyrällä.

z Im (z +1) 2 = 0. Mitkä muut kompleksitason pisteet toteuttavat tämän yhtälön? ( 1) 0 z ( 1) z ( 1) arg = arg(z 0) arg(z ( 1)), z ( 1) z ( 1)

x = sinu z = sin2u sinv

Suoran yhtälöt. Suoran ratkaistu ja yleinen muoto: Suoran yhtälö ratkaistussa, eli eksplisiittisessä muodossa, on

2) Kaksi lentokonetta lähestyy toisiaan samalla korkeudella kuvan osoittamalla tavalla. Millä korkeudella ja kuinka kaukana toisistaan ne ovat?

Usean muuttujan funktiot

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

Ensimmäisen asteen polynomifunktio

Ympyrä 1/6 Sisältö ESITIEDOT: käyrä, kulma, piste, suora

Ratkaisut vuosien tehtäviin

JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO. Matemaatiikan historia Ratkaisut 6 / 2011

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

Toisen asteen käyrien ja pintojen geometriaa Ympyrän ja pallon ominaisuuksia

Tehtävien ratkaisut

Paraabeli suuntaisia suoria.

Tekijä Pitkä matematiikka

2 Pistejoukko koordinaatistossa

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

Ellipsit, hyperbelit ja paraabelit vinossa

c) Määritä paraabelin yhtälö, kun tiedetään, että sen huippu on y-akselilla korkeudella 6 ja sen nollakohdat ovat x-akselin kohdissa x=-2 ja x=2.

Sijoitusmenetelmä Yhtälöpari

ANALYYTTISTA GEOMETRIAA LUKIO-OPETUKSESSA. Eeva Kuparinen. Pro gradu -tutkielma Tammikuu 2008 MATEMATIIKAN LAITOS TURUN YLIOPISTO

4.1 Kaksi pistettä määrää suoran

TRIGONOMETRISTEN FUNKTIOIDEN KUVAAJAT

Kartio ja pyramidi

Trigonometriset funktiot 1/7 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot


Matemaattisen analyysin tukikurssi

5.9 Voiman momentti (moment of force, torque)

a) on lokaali käänteisfunktio, b) ei ole. Piirrä näiden pisteiden ympäristöön asetetun neliöruudukon kuva. VASTAUS:

Syksyn 2015 Lyhyen matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

Osittaisderivaatat. Huomautus 4.15 (Geometrinen tulkinta)

kartiopinta kartio. kartion pohja, suora ympyräkartio vino pyramidiksi

x 5 15 x 25 10x 40 11x x y 36 y sijoitus jompaankumpaan yhtälöön : b)

ja siten kyseisen symmetriaryhmä on toinen dihedraaliryhmä (D 2 )

Suora 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste

LUENTO 3: KERTAUS EDELLISELTÄ LUENNOLTA

13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista. Muodosta viidennen asteen Taylorin polynomi kehityskeskuksena origo funktiolle

Tampereen yliopisto Informaatiotieteiden yksikkö

PYÖRÄHDYSKAPPALEEN PINTA-ALA

Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 1/6 Sisältö ESITIEDOT: määrätty integraali

Epäeuklidista geometriaa

Geometriaa GeoGebralla Lisätehtäviä nopeasti eteneville

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

2 Raja-arvo ja jatkuvuus

yleisessä muodossa x y ax by c 0. 6p

Taso 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste, suora

DI matematiikan opettajaksi: Täydennyskurssi, kevät 2010 Luentorunkoa ja harjoituksia viikolle 11: ti klo 13:00-15:30

Juuri 7 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty c) sin 50 = sin ( ) = sin 130 = 0,77

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

RATKAISUT a + b 2c = a + b 2 ab = ( a ) 2 2 ab + ( b ) 2 = ( a b ) 2 > 0, koska a b oletuksen perusteella. Väite on todistettu.

Piste ja jana koordinaatistossa

, c) x = 0 tai x = 2. = x 3. 9 = 2 3, = eli kun x = 5 tai x = 1. Näistä

Ratkaisut vuosien tehtäviin

POIKKIPINNAN GEOMETRISET SUUREET

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

MAOL-pisteytysohje. Matematiikka lyhyt oppimäärä Kevät 2014

Lauseen erikoistapaus on ollut kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa seuraavassa muodossa:

Epäyhtälöt 1/7 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

Lisätehtäviä. Rationaalifunktio. x 2. a b ab. 6u x x x. kx x

Sini- ja kosinifunktio

l 1 2l + 1, c) 100 l=0

Ympyrän yhtälö

Lineaarialgebra MATH.1040 / trigonometriaa

MAA4 - HARJOITUKSIA. 1. Esitä lauseke 3 x + 2x 4 ilman itseisarvomerkkejä. 3. Ratkaise yhtälö 2 x x = 2 (yksi ratkaisu, eräs neg. kokon.

5.3 Suoran ja toisen asteen käyrän yhteiset pisteet

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2017 Harjoitus 8, ratkaisuista

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Funktion derivoituvuus pisteessä

Ratkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:

Keskeisvoimat. Huom. r voi olla vektori eli f eri suuri eri suuntiin!

Koordinaatistot 1/6 Sisältö ESITIEDOT: reaaliluvut

2. a- ja b-kohdat selviä, kunhan kutakuinkin tarkka, niin a-kohta 1 p b-kohta 1 p

l 1 2l + 1, c) 100 l=0 AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

Solmu 3/2001 Solmu 3/2001. Kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa oli seuraava tehtävä:

Vektoriarvoiset funktiot Vektoriarvoisen funktion jatkuvuus ja derivoituvuus

Ratkaisuja, Tehtävät

Kahden suoran leikkauspiste ja välinen kulma (suoraparvia)

Käyrien välinen dualiteetti (projektiivisessa) tasossa

RATKAISUT: 16. Peilit ja linssit

Harjoituksia MAA4 - HARJOITUKSIA. 6. Merkitse lukusuoralle ne luvut, jotka toteuttavat epäyhtälön x 2 < ½.

x + 1 πx + 2y = 6 2y = 6 x 1 2 πx y = x 1 4 πx Ikkunan pinta-ala on suorakulmion ja puoliympyrän pinta-alojen summa, eli

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

Juuri 3 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Matematiikan tukikurssi

Anna jokaisen kohdan vastaus kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella muodossa

Muodonmuutostila hum

Osoita, että kaikki paraabelit ovat yhdenmuotoisia etsimällä skaalauskuvaus, joka vie paraabelin y = ax 2 paraabelille y = bx 2. VASTAUS: , b = 2 2

Yhden muuttujan reaalifunktiot

1 Kompleksitason geometriaa ja topologiaa

Tasogeometria. Tasogeometrian käsitteitä ja osia. olevia pisteitä. Piste P on suoran ulkopuolella.

GEOGEBRAN TYÖKALUT. Siirrä-työkalu. Siirrä

Transkriptio:

Toisen asteen kärät 1/7 Sisältö ESITIEDOT: kärä, kartio ja lieriö Hakemisto KATSO MYÖS: mprä, toisen asteen pinnat Toisen asteen kärä Toisen asteen käräksi kutsutaan kärää, jonka htälö -ssa on muuttujien ja suhteen toista astetta. Yleisimmässä muodossaan tämä on A + B 2 +2C +2D +2E + F =0, missä A, B, C, D, E ja F ovat vakioita. (Yhtälössä esiintvät kakkoset ovat epäolennaisia; kertoimet on tapana kirjoittaa tähän muotoon, koska tällöin htälön pidemmälle menevä käsittel johtaa hieman ksinkertaisempiin lausekkeisiin.) Kertoimista riippuen htälö esittää erilaisia käriä. Päätpit ovat ellipsi (sisältäen erikoistapauksenaan mprän), paraabeli ja hperbeli. Yhtälö voi esittää mös htä tai kahta suoraa tai htä ainoaa pistettä. Lisäksi on mahdollista, että mikään piste (, ) ei toteuta sitä eikä se siis esitä geometrisesti mitään. Ellipsien, paraabelien ja hperbelien tarkempi käsittel on edempänä. Seuraavat esimerkit esittävät htä suoraa, kahta hdensuuntaista suoraa, kahta toisensa leikkaavaa suoraa ja pistettä; viimeinen ei esitä mitään: kärä (taso-) htälö (-) mprä suora (htälö) ( + 1) 2 =0, (+ 1)( + 2)=0, (+ 1)( 1)=0, 2( 1) 2 +3( 2) 2 =0, 2( 1) 2 +3( 2) 2 +1=0. Tarkempaa leisen toisen asteen kärän tutkimista ei tässä käsitellä.

Toisen asteen kärät 2/7 Sisältö ESITIEDOT: kärä, kartio ja lieriö Hakemisto KATSO MYÖS: mprä, toisen asteen pinnat Ellipsi Ellipsi voidaan määritellä käränä, jonka pisteillä on seuraava ominaisuus: Niiden kahdesta kiinteästä pisteestä (polttopisteistä) mitattujen etäisksien summa on vakio. Jos polttopisteiksi valitaan -tason pisteet (, 0) ja (, 0) ( 0) jaem.vakioksi 2a (a >), saadaan ellipsin htälö ksinkertaiseen muotoon: a 2 + 2 b 2 =1, ellipsi (ala) kärä (taso-) (-) htälö missä b = a 2 2. Lukua a sanotaan ellipsin ison akselin puolikkaaksi, luku b on pikku akselin puolikas. a 2 + 2 b 2 =1 b a Suhdetta e = /a kutsutaan ellipsin eksentrisdeksi ja se mittaa ellipsin litistneisttä. Koska 0 <a,on0 e<1. Jos =0, polttopisteet htvät ja kärästä tulee mprä. Eksentriss on tällöin e =0.Josaon kiinteä ja a, jolloin b 0 ja e 1, niin ellipsin iso akseli säil muuttumattomana, mutta pikku akseli pienenee ja kärä litist kohden polttopisteitä hdistävää janaa. Nimits polttopiste aiheutuu siitä, että jos toisesta polttopisteestä lähtee säde, joka ellipsiin osuessaan heijastuu heijastumislain mukaisesti, niin heijastunut säde kulkee toisen polttopisteen kautta. Geometrisesti tulkittuna tämä tarkoittaa, että ellipsin pisteestä polttopisteisiin piirrettjen janojen välisen kulman puolittaja on ellipsin normaali. Ellipsille kätetään usein mös parametriesitstä: = a os t, = b sin t, t [0, 2π]. mprä normaali parametriesits (tasokärän) sini kosini

Toisen asteen kärät 3/7 Sisältö ESITIEDOT: kärä, kartio ja lieriö Hakemisto KATSO MYÖS: mprä, toisen asteen pinnat Hperbeli Hperbeli määritellään samaan tapaan kuin ellipsi. Kseessä on kärä, jonka pisteillä on seuraava ominaisuus: Niiden kahdesta kiinteästä pisteestä (polttopisteistä) mitattujen etäisksien erotuksen itseisarvo on vakio. Kun polttopisteiksi valitaan -tason pisteet (, 0) ja (, 0) ( 0) ja vakioksi 2a (0 <a<), saadaan hperbelille htälö a 2 2 b 2 =1, kärä (taso-) (-) htälö missä b = 2 a 2. Lukuja a ja b sanotaan hperbelin puoliakseleiksi. a 2 2 b 2 =1 Jos a = b, sanotaan, että hperbeli on tasasivuinen. Suhde e = /a on hperbelin eksentriss. Koska >a,one>1. Hperbelillä on monia samantppisiä geometrisia ominaisuuksia kuin ellipsillä. Esimerkiksi hperbelin pisteestä polttopisteisiin piirrettjen hdsjanojen välisen kulman puolittaja on hperbelin tangentti. Hperbelille voidaan kättää parametriesitstä = ±a osh t, = b sinh t, t R. tangentti (suora) parametriesits (tasokärän) hperbelisini hperbelikosini

Toisen asteen kärät 4/7 Sisältö ESITIEDOT: kärä, kartio ja lieriö Hakemisto KATSO MYÖS: mprä, toisen asteen pinnat Liittohperbeli ja asmptootit Jos hperbelinhtälössä a 2 2 b =1, 2 koordinaattien ja roolit vaihdetaan, jolloin hperbelin polttopisteet (0,) ja (0, ) sijoitetaan -akselille, ja vakioksi otetaan 2b, saadaan alkuperäisen hperbelin liittohperbeli a 2 2 b 2 = 1. Jos htälössä asetetaan oikeaksi puoleksi 0, saadaan toisen asteen htälö, joka esittää kahta suoraa: a 2 2 b =0 eli = ± b 2 a. Näitä kutsutaan hperbelin ja liittohperbelin hteisiksi asmptooteiksi. 2 = 1 a 2 b 2 asmptootti (rationaalifunktion) a 2 2 =1 b 2

Toisen asteen kärät 5/7 Sisältö ESITIEDOT: kärä, kartio ja lieriö Hakemisto KATSO MYÖS: mprä, toisen asteen pinnat Paraabeli Paraabeli on kärä, jonka pisteillä on seuraava ominaisuus: Jokaisen pisteen etäiss kiinteästä pisteestä (polttopisteestä) on htä suuri kuin sen etäiss kiinteästä suorasta (johtosuorasta). Jos polttopiste on (0,d) ja johtosuora -akselin suuntainen suora = d, on paraabelin htälö -ssa = a, missä a = 1 4d. Polttopisteen kautta kulkeva johtosuoran normaali on paraabelin akseli, jonka suhteen kärä on smmetrinen. Jos paraabeli sijoitetaan on edellä kuvatulla tavalla, sen akseli on -akseli. = a kärä (taso-) (-) htälö normaali = d d Heijastuessaan paraabelista akselin suuntaiset säteet kohtaavat polttopisteessä. Tämän johdosta paraabelimuotoa kätetään mm. lautasantenneissa. Tietssä mielessä paraabeli on ellipsin ja hperbelin välitapaus. Tämä ei ole nähtävissä edellä käsitellistä kärien htälöistä, mutta esimerkiksi napakoordinaattihtälöistä (joissa (toinen) polttopiste asetetaan origoon) se ilmenee. Tämän johdosta on luontevaa sanoa, että paraabelin eksentriss on =1. (napa-)

Toisen asteen kärät 6/7 Sisältö ESITIEDOT: kärä, kartio ja lieriö Hakemisto KATSO MYÖS: mprä, toisen asteen pinnat Kartioleikkaukset Ellipsejä, paraabeleja ja hperbelejä kutsutaan usein hteisellä nimellä kartioleikkaukset. Tämä johtuu siitä, että suoran mpräkartion ja tason leikkauskärä on aina jokin näistä. Mikä on kseessä, riippuu leikkaavan tason ja kartion sivuviivan välisestä kulmasta seuraavan kuvion osoittamalla tavalla: hperbeli mpräkartio (suora) taso paraabeli ellipsi α Jos kartion sivuviivan kaltevuuskulma kartion pohjatasoon nähden on α ja leikkaavan tason kaltevuuskulma β, niin leikkauskärä on ellipsi, jos β<α; paraabeli, jos β = α; hperbeli, jos β>α. Jotta hperbelin molemmat haarat tulisivat mukaan, on tarkasteltava kartiota kaksihaaraisena, so. kärkipisteensä suhteen smmetrisenä molempiin vastakkaisiin suuntiin avautuvana pintana. Että leikkauskärät todella ovat ellipsejä, paraabeleja ja hperbelejä, voidaan todistaa snteettisen avaruusgeometrian keinoin. Tällöin on apukonstruktiona sijoitettava kartion sisään kaksi Dandelinin palloa, paraabelitapauksessa ksi. Nämä ovat palloja, jotka sivuavat kartiopintaa pitkin mpräviivaa ja koskettavat leikkaavaa tasoa hdessä pisteessä, joka osoittautuu leikkauskärän polttopisteeksi. geometria (snteettinen) pallo

Toisen asteen kärät 7/7 Sisältö ESITIEDOT: kärä, kartio ja lieriö Hakemisto KATSO MYÖS: mprä, toisen asteen pinnat Kartioleikkausten napakoordinaattihtälöt Jos (toinen) polttopiste sijoitetaan origoon, voidaan ellipsi, paraabeli ja hperbeli esittää napakoordinaattihtälön avulla: r = p 1 e os ϕ, (napa-) missä p on vakio ja e eksentriss (vakio). Jos e<1, kseessä on ellipsi. Jos e>1, saadaan hperbelin toinen haara. Arvo e =1antaa paraabelin. r ϕ 2 2a r 2a + r 2 r ϕ ϕ r = p Tässä muodossa on luontevaa käsitellä kartioleikkausten tärkeää sovellusta, planeettaliikettä. Gravitaatiolaista seuraa nimittäin, että jos tarkastellaan hden planeetan liikettä Auringon mpärillä ottamatta huomioon muiden planeettojen aiheuttamia häiriöitä, rata on ellipsi, paraabeli tai hperbeli, jonka polttopisteessä Aurinko on.