
Самоподготовка по Математика
за кандидат-студенти и матура
Геометрия
Аналитична геометрия – Нормални уравнения на криви от втора степен
Теория
I. Окръжност
- Определение – Множеството от точки M (Фиг. 1) в равнината, които се намират на еднакво разстояние R от дадена точка O.
- Елементи (Фиг. 1):
- Център – Точката O, която има координата O (α; β) спрямо правоъгълна координатна система.
- Радиус – Ако M (x; y) е произволна точка от окръжността k, тогава е определен векторът (x – α; y – β). Радиусът R (разстоянието от т. M до центъра O) се определя с дължината на вектора , т.е.:
(1): R = .
- Концентрични окръжности – Две окръжности са концентрични, ако имат един и същи център, но различни радиуси.
- Нормално (канонично) уравнение на окръжност – Точката M (x; y) лежи върху окръжност k с радиус R, когато координатите ѝ удовлетворяват уравнението:
(2): (x – α)2 + (y – β)2 = R2.
Бележка:Може да се изкаже и обратното – Ако (x; y) удовлетворяват уравнение (2), то точка M (x; y) лежи върху окръжност k с център O (α; β) и радиус R. - Окръжността е крива от втора степен – Уравнение (2) на окръжност може да се запише и по друг начин. Прилагаме формулите за съкратено умножение и преобразуваме:
(x – α)2 + (y – β)2 = R2 x2 – 2αx + α2 + y2 – 2βy + β2 – R2 = 0, т.е.:
(3): x2 + y2 – 2αx – 2βy + α2 + β2 – R2 = 0.
Лявата страна на това уравнение е многочлен от втора степен спрямо x и y, затова казваме, че окръжността е крива от втора степен.
- Централно уравнение на окръжност – Ако началото на координатната система съвпада с центъра на окръжността (α = β = 0, т.е. O (0; 0)), то уравнението на окръжността е:
(4): x2 + y2 = R2.
- Единична окръжност – Окръжност с радиус равен на 1, т.е. R = 1 и център, съвпадащ с центъра на координатната система. Уравнението на единичната окръжност е:
(5): x2 + y2 = 1.
Нека са дадени права g: Ax + By + C = 0 и окръжност k: (x – α)2 + (y – β)2 = R2. Общите им точки се определят от системата:
(6):
Решенията на тази система определят взаимното положение на права и окръжност:
- Правата е секуща на окръжността – Ако системата (6) има две решения, то правата g и окръжността k ще имат две общи точки. В този случай казваме, че правата е секуща на окръжността.
- Допирателна – Ако системата (6) има едно решение, то правата g и окръжността k ще имат една общи точки. В този случай казваме, че правата е допирателна на окръжността.
- Правата е външна на окръжността – Ако системата (6) няма решение, то правата g и окръжността k нямат общи точки. В този случай казваме, че правата е външна на окръжността.
II. Елипса
О – Нека са дадени две различни точки F1 и F2 (Фиг. 3). Затворената крива от равнината, образувана от всички точки M, за които сборът от дължините F1M + F2M е постоянно число, по-голямо от разстоянието F1F2.
- Център – Точка О (центърът на координатната система).
- Фокуси на елипсата – Точките F1 и F2.
- Фокусно разстояние 2c – Дължината на отсечката свързваща фокусите и се отбелязва с 2c, т.е.:
(7): F1F2 = 2c (или c = ).
- Фокусни радиуси – Дължините на отсечките (свързващи т. М с фокусите F1 и F2) F1M = r1 и F2M = r2. По определение имаме F1M + F2M = const > 2c. Означаваме:
(8): F1M + F2M = 2a и тогава a > c.
- Върхове – Пресечните точки A1 (– a; 0), A2 (a; 0), B1 (0; b) и B2 (0; – b) на елипсата с абсцисната и ординатната оси.
- Голяма ос и голяма полуос – Съответно дължините на отсечките A1A2 = 2a и OA1 = OA2 = a.
- Малка ос и малка полуос – Съответно дължините на отсечките B1B2 = 2b и OB1 = OB2 = b.
- Ексцентрицитет (разтягане) на елипсата – Числото e = се нарича ексцентрицитет (разтягане) на елипсата, т.е. ексцентрицитетът е равен на отношението на половината от фокусното разстояние към голямата полуос.
От това, че 0 < c < a следва 0 < e < 1, т.е. ексцентрицитетът e на елипсата е положително число, което е по-малко от 1. Колкото e е по-близо до 1, толкова елипсата е по-разтегната, а колкото e е по-близо до 0, толкова повече елипсата прилича на окръжност. Когато e = 0, то елипсата се превръща в окръжност.
Ако центърът на елипсата (точка O) е в началото на координатната декартова система Oxy (Фиг. 3), а голямата ос лежи на оста x, така че положителната ѝ посока да е от F1 към F2, тогава координатите на фокусите F1, F2 и на точката M са: F1 (– c; 0), F2 (c; 0) и M (x; y). По условие имаме a > c. Тогава разликата a2 – c2 е положително число. Това положително число го отбелязваме с b (очевидно е, че b < a) и за него ще имаме:
(9): b2 = a2 – c2 , където b > 0.
Може да се докаже, че координатите на точките M (x; y) от елипсата изпълняват условието:
(10): = 1.
Уравнение (10) се нарича канонично уравнение на елипса.
- Уравнение (10) е канонично, защото поради специалното разположение на елипсата (Фиг. 3) спрямо координатните оси, има опростен вид и елипсата е построена при b < a.
- Уравнение (10) е канонично и за елипса, при която a < b. Тогава фокусите на елипсата са върху ординатната ос Oy и формулите (8) и (9), и за ексцентрицитета се променят:
(8'): F1M + F2M = 2b и тогава b > c.
(9'): a2 = b2 – c2.
e = c/b.
- Ако b = a (от (9) се вижда, че тогава c = 0, т.е. фокусното разстояние на елипсата е равно на 0), то елипсата е окръжност с уравнение x2 + y2 = a2.
III. Хипербола
О – Нека са дадени две различни точки F1 и F2 (Фиг. 4). Множеството от всички точки M в равнината, за които разликата от дължините F1M – F2M е постоянно число, по-малко от разстоянието F1F2.
- Център – Точка О (центърът на координатната система).
- Фокуси на хиперболата – Точките F1 и F2.
- Фокусно разстояние 2c – Дължината на отсечката свързваща фокусите и се отбелязва с 2c, т.е.:
(11): F1F2 = 2c (или c = ).
- Фокусни радиуси – Дължините на отсечките (свързващи т. М с фокусите F1 и F2) F1M = r1 и F2M = r2. По определение имаме |F1M – F2M| = const < 2c. Означаваме:
(12): |F1M – F2M| = 2a и тогава a < c.
- Върхове – Пресечните точки A1 (– a; 0), A2 (a; 0), B1 (0; b) и B2 (0; – b) на хиперболата с абсцисната ос.
- Реална ос и реална полуос – Съответно дължините на отсечките A1A2 = 2a и OA1 = OA2 = a.
- Имагинерна ос и имагинерна полуос – Съответно дължините на отсечките B1B2 = 2b и OB1 = OB2 = b.
- Ексцентрицитет – Числото e = се нарича ексцентрицитет хиперболата т.е. ексцентрицитетът е равен на отношението на половината от фокусното разстояние към реалната полуос).
От това, че 0 < a < c следва e > 1.
- Асимптоти – От Фиг. 4 се вижда, че двата клона на хиперболата се приближават неограничено до правите n и m, но без да ги допират или пресичат. Тези прави се наричат асимптоти. По този начин в точка от хиперболата, клоняща към безкрайността, разстоянието между кривата и асимптотата клони към нула.
Асимптотите са прави, като техните декартови уравнения се задават с формулите:
(13): n: y = x; m: y = – x.
Ако центърът на хиперболата (точка O) е в началото на координатната декартова система Oxy (Фиг. 4), а реалната ос лежи на оста x, така че положителната ѝ посока да е от F1 към F2, тогава координатите на фокусите F1, F2 и на точката M са: F1 (– c; 0), F2 (c; 0) и M (x; y). По условие имаме a < c. Тогава разликата c2 – a2 е положително число. Това положително число го отбелязваме с b (очевидно е, че b < a) и за него ще имаме:
(14): b2 = c2 – a2 , където b > 0.
Може да се докаже, че координатите на точките M (x; y) от хиперболата изпълняват условието:
(15): = 1.
Уравнение (15) се нарича канонично уравнение на хипербола.
- Определение – Уравнение (15) е канонично и за хипербола, при която a < b. Тогава фокусите на хиперболата са върху ординатната ос Oy (на Фиг. 4 е начертана с плътна зелена линия), а върховете ѝ са точките B1 (0; b), B2 (0; – b).
- Уравнение – Получава се от (15):
(16): = – 1.
- Асимптоти – Асимптотите ѝ отново са правите n и m.
- Определение – Ако b = a (на Фиг. 4 червеният правоъгълник е квадрат), то хиперболата се нарича равнораменна.
- Уравнение – Получава се от (15) при b = a:
(17): x2 – y2 = a2.
- Асимптоти – Асимптотите на равнораменната хипербола са взаимно перпендикулярни.
IV. Парабола
О – Нека са дадени точка F и права g (Фиг. 5). Параболата е множеството от всички точки M в равнината, които се намират на еднакво разстояние от една фиксирана точка F (наречена "фокус") и фиксирана права g (наречена "директриса"), т.е.
|M1M| = |MF|.
- Връх – Точка O (0; 0).
- Фокус – Точка F.
- Директриса – Правата g.
- Параметър на параболата 2p – Разстоянието от фокуса F до директрисата g, т.е.:
(18): AF = 2p (или p = ).
Бележка:Видът на параболата зависи от този параметър. При p = 0 параболата се изражда в двоен лъч. - Ос на параболата (ос на симетрия) – На Фиг. 5 оста на параболата е абсцисната ос Ox.
- Парабола, която има ос на симетрия абсцисната ос – Ако центърът на параболата (точка O) е в началото на координатната декартова система Oxy (Фиг. 5), а оста на параболата е абсцисната ос Ox, така че положителната ѝ посока да е от A към F, тогава точка A, върхът на параболата O, фокусът F и точка M имат координати: A (– p; 0), O (0; 0), F (p; 0), M (x; y). Може да се докаже, че координатите на всяка точа M (x; y) от параболата изпълняват условието:
(19): y2 = 2px.
Уравнение (19) се нарича канонично уравнение на парабола.
- Парабола, която има ос на симетрия ординатната ос – Ако центърът на параболата (точка O) е в началото на координатната декартова система Oxy, а оста на параболата е ординатната ос Oy, тогава графиката на параболата и каноничното ѝ уравнение са:
I случай: Графиката е показана на Фиг. 5 а). В този случай уравнението е:
(20): x2 = 2py.
II случай: Графиката е показана на Фиг. 5 б). В този случай уравнението е:
(21): x2 = – 2py.

Върни се нагоре Начало Предходен Следващ
Вижте още

Самоподготовка
Предстоят ви изпити или матура по Математика или Физика, но не сте убедени, че сами ще се справите. Учебен център „СОЛЕМА“ ви предоставя следните програми и тестове към тях:
МАТЕМАТИКА
ФИЗИКА

Тестове от изпити по МАТЕМАТИКА
Опитайте да решите тестовите от изпитите по Математика. Ако не можете, разгледайте упътванията.
Последната ви възможност е да разгледате примерните решения.
Всички задачи са с кратки упътвания и пълни решения.
Всички тестове
Тестове от последната година:

Тестове от изпити по ФИЗИКА
Решили сме тестовете по Физика давани в Софийски университет и на Матура през последните няколко години.
Всички тестове
Тестове от последната година: