🥚 Kuželosečky

Provázkem a baterkou

O čem to je

Posviť baterkou kolmo na zeď – světlo tvoří kruh. Nakloň ji – kruh se protáhne do elipsy. Nakloň ještě víc – okraj světla se otevře do paraboly nebo hyperboly. Všechny tyto křivky jsou řezy kužele (kužel světla řízneš rovinou zdi). Proto kuželosečky.

Planety obíhají po elipsách, satelitní talíř má tvar paraboly (soustředí signál do jednoho bodu), hozený míč letí po parabole.

Nové pojmy

Množina bodůVšechny body, které splňují nějaké pravidlo. Každá kuželosečka je definovaná pravidlem o vzdálenostech.
OhniskoVýznačný bod uvnitř křivky. U paraboly do něj talíř soustředí signál, u elipsy kolem Slunce je Slunce v jednom ohnisku.

Kružnice: provázek na kolíku

KružniceBody, které mají od středu S stejnou vzdálenost r (poloměr). Přivaž provázek ke kolíku a obejdi ho dokola.Střed [0; 0], r = 5: rovnice x² + y² = 25.

Proč x² + y² = r²? Bod [x; y], počátek a pata kolmice tvoří pravoúhlý trojúhelník s odvěsnami x, y a přeponou r. Nastav 3 a 4: přepona je 5. Bod [3; 4] tedy leží na kružnici x² + y² = 25.

Posunutý střed S[m; n]: (x − m)² + (y − n)² = r². Pozor na znaménka: (y + 3)² znamená n = −3.

Kde je střed a jaký je poloměr (x − 2)² + (y + 3)² = 16?
m = 2, n = −3, r² = 16. Střed [2; −3], r = 4.

Elipsa: provázek na dvou kolících

ElipsaBody, jejichž součet vzdáleností od dvou ohnisek je stálý. Zatluč dva kolíky, přivaž k nim volný provázek, napni ho tužkou a obkresli.x²/25 + y²/9 = 1
Poloosy a, b a výstřednost ea = hlavní poloosa (polovina nejdelšího průměru), b = vedlejší (polovina nejkratšího). Výstřednost e = vzdálenost ohniska od středu, e² = a² − b².x²/25 + y²/9 = 1: a = 5, b = 3, e = 4.

Hyperbola a parabola

HyperbolaBody se stálou absolutní hodnotou rozdílu vzdáleností od dvou ohnisek. Má dvě oddělené větve.x²/9 − y²/4 = 1 (minus místo plus).
ParabolaBody, které jsou stejně daleko od ohniska a od pevné přímky (řídicí přímky).y² = 4x, nebo y = x² jako graf funkce.

Parabolu znáš i z grafů. Hýbej koeficientem a – parabola se zužuje a rozšiřuje, ale pořád je to parabola.

✗(x − 2)² + (y + 3)² = 16 má střed [−2; 3].
✓Střed je [2; −3].

Rovnice obsahuje x − m a y − n. Pro x − 2 je m = 2; y + 3 = y − (−3), takže n = −3. Znaménka v závorce se otáčejí.

Kružnice: stejná vzdálenost od středu. Elipsa: stálý součet vzdáleností od dvou ohnisek. Hyperbola: stálý rozdíl. Parabola: stejně daleko od ohniska a řídicí přímky.

Rovnicemi

O čem to je

Počítač kreslí kružnice a elipsy podle rovnic. Navigace podle rovnic počítá, jestli trasa protne zakázanou zónu. Z rovnice umíš vyčíst střed, velikost i tvar křivky.

Klíčová dovednost: poznat podle rovnice, o jakou křivku jde, a převést ji do tvaru, ze kterého všechno přečteš.

Nové pojmy

KuželosečkaKřivka, která vznikne řezem kužele rovinou: kružnice, elipsa, parabola, hyperbola.
Středová rovniceTvar, ze kterého přečteš střed a rozměry přímo.(x − m)² + (y − n)² = r² – kružnice se středem S[m; n] a poloměrem r.
Doplnění na čtverecÚprava x² + px na (x + p/2)² − (p/2)², podle vzorce (a + b)² = a² + 2ab + b².x² − 6x = (x − 3)² − 9.

Poznávací tabulka

RovniceKřivkaCo přečteš
(x − m)² + (y − n)² = r²kružnicestřed [m; n], poloměr r
x²/a² + y²/b² = 1elipsapoloosy a, b; e = √(a² − b²)
x²/a² − y²/b² = 1hyperbolapoloosy a, b; e = √(a² + b²)
y² = 2px nebo y = ax²parabolavrchol v počátku

Postup: obecná rovnice kružnice

Seskup členy s x a členy s y.
Každou skupinu doplň na čtverec.
Čísla převeď na pravou stranu.
Přečti střed a poloměr.
Urči poloměr x² + y² − 6x + 8y = 0.
x² − 6x = (x − 3)² − 9, y² + 8y = (y + 4)² − 16. Tedy (x − 3)² + (y + 4)² − 25 = 0 → (x − 3)² + (y + 4)² = 25. Střed [3; −4], r = 5.
Kružnice se středem [1; 1] prochází bodem [4; 5]. Poloměr?
r = vzdálenost středu a bodu = √((4 − 1)² + (5 − 1)²) = √(9 + 16) = 5.

Elipsa

Definice: součet vzdáleností od ohnisek je stálý a rovná se 2a. Ohniska leží na hlavní ose ve vzdálenosti e od středu a platí a² = b² + e². Ověř: nastav b = 3, e = 4 – přepona vyjde a = 5.

Elipsa x²/25 + y²/9 = 1. Urči a, b, e.
a² = 25 → a = 5, b² = 9 → b = 3. e = √(25 − 9) = √16 = 4.

Bod a přímka vůči kružnici

Bod leží na kružnici, když po dosazení platí rovnost: [3; 4] a x² + y² = 25 → 9 + 16 = 25 ✓. Přímka je tečna, když má s kružnicí jediný společný bod: y = 5 a x² + y² = 25 → x² = 0, jen bod [0; 5]. Dva společné body = sečna.

✗U elipsy x²/25 + y²/9 = 1 je e = √(25 + 9).
✓e = √(25 − 9) = 4

U elipsy je ohnisko uvnitř, takže e < a: e² = a² − b². Plus patří k hyperbole, kde jsou ohniska dál než vrcholy.

Kružnice (x − m)² + (y − n)² = r², obecnou rovnici doplň na čtverec. Elipsa x²/a² + y²/b² = 1, e² = a² − b². Hyperbola má mezi zlomky minus. Parabola má jen jednu proměnnou na druhou.