Hyperbola ( jiné řecky ὑπερβολή , z ὑπερ - „top“ + βαλειν – „vrh“) je těžiště bodů M euklidovské roviny , pro které je absolutní hodnota rozdílu vzdáleností od M ke dvěma vybraným bodům a (tzv. ohniska ) je konstantní. Přesněji,
aSpolu s elipsou a parabolou je hyperbola kuželosečkou a kvadrikou . Hyperbola může být definována jako kuželosečka s excentricitou větší než jedna.
Termín “hyperbola” ( Řek ὑπερβολή - přemíra) byl představen Apollonius Perga (c. 262 př.nl - c. 190 př.nl ), protože problém stavby bodu hyperboly je redukován na problém použití s přemírou.
Hyperbola může být definována několika způsoby.
Hyperbola může být definována jako množina bodů vytvořených jako výsledek řezu kruhového kužele rovinou , která odřízne obě části kužele. Jiné výsledky řezání kužele rovinou jsou parabola , elipsa a degenerované případy, jako jsou protínající se a shodné čáry a bod, které vznikají, když rovina řezu prochází vrcholem kužele. Zejména protínající se čáry lze považovat za degenerovanou hyperbolu shodující se s jejími asymptotami.
Hyperbola může být definována jako těžiště bodů , absolutní hodnota rozdílu vzdáleností, od kterých ke dvěma daným bodům, nazývaným ohniska, je konstantní.
Pro srovnání: křivka konstantního součtu vzdáleností od kteréhokoli z jejích bodů k ohniskům je elipsa , konstantní poměr je Apolloniova kružnice , konstantní součin je Cassiniho ovál .
Prostřednictvím ředitelky a zaměřeníLokus bodů, pro které je poměr vzdálenosti k ohnisku a dané přímce, nazývaný přímka, konstantní a větší než jedna, se nazývá hyperbola. Daná konstanta se nazývá excentricita hyperboly.
Pro charakteristiky hyperboly definované výše existují následující vztahy
Hyperbola, ve které , se nazývá rovnoramenná , nebo rovnostranná . Rovnoramenná hyperbola v nějakém pravoúhlém souřadnicovém systému je popsána rovnicí
v tomto případě jsou ohniska hyperboly umístěna v bodech ( a , a ) a ( − a , − a ). Rovnostranná hyperbola je grafem nepřímé úměrnosti dané vzorcem
Excentricita takové hyperboly je .
Rovnostrannou hyperbolu jako Kiepertovu hyperbolu lze definovat pomocí trojúhelníků v trilineárních souřadnicích [1] jako těžiště bodů (viz obrázek):
Pokud jsou tři trojúhelníky , postavené na stranách trojúhelníku , podobné , rovnoramenné se základnami na stranách původního trojúhelníku a stejně umístěné (to znamená, že jsou všechny postaveny buď zvenčí nebo zevnitř), pak čáry a protínají se v jednom bodě .Pokud je společný úhel na základně , pak vrcholy tří trojúhelníků mají následující trilineární souřadnice:
Hyperbola je dána rovnicí druhého stupně v kartézských souřadnicích ( x , y ) v rovině:
,kde koeficienty A xx , A xy , A yy , B x , B y a C splňují následující vztah
a
Kanonická formaPřesunutím středu hyperboly do počátku a jejím otočením kolem středu lze rovnici hyperboly zredukovat na kanonickou formu:
,kde je skutečná poloosa hyperboly; - pomyslná poloosa hyperboly [2] . V tomto případě je výstřednost
Pokud je pól v ohnisku hyperboly a vrchol hyperboly leží na pokračování polární osy, pak
Pokud je pól v ohnisku hyperboly a polární osa je rovnoběžná s jednou z asymptot, pak
Stejně jako lze elipsu reprezentovat parametrickými rovnicemi, které zahrnují goniometrické funkce, lze hyperbolu v pravoúhlém souřadnicovém systému, jehož střed je stejný jako její střed a osa x prochází ohnisky, reprezentovat parametrickými rovnicemi, které zahrnují hyperbolické funkce [3 ] .
V první rovnici znaménko "+" odpovídá pravé větvi hyperboly a "−" - její levé větvi.
Asymptotní rovnice pro hyperbolu v kanonickém tvaru
vystupují následovně. Nechte _ Předpokládejme, že asymptota existuje a má tvar . Pak
Takže rovnice dvou asymptot jsou:
nebo
Průměr hyperboly, stejně jako průměr jakékoli kuželosečky, je přímka procházející středy rovnoběžných tětiv. Každý směr rovnoběžných tětiv má svůj vlastní konjugovaný průměr. Všechny průměry hyperboly procházejí jejím středem. Průměr odpovídající tětivám rovnoběžným s imaginární osou je skutečná osa; průměr odpovídající tětivám rovnoběžným se skutečnou osou je imaginární osou.
Sklon rovnoběžných tětiv a sklon odpovídajícího průměru souvisí vztahem
Jestliže průměr a půlí tětivy rovnoběžné s průměrem b , pak průměr b půlí tětivy rovnoběžné s průměrem a . Takové průměry se nazývají vzájemně konjugované . Hlavní průměry se nazývají vzájemně konjugované a vzájemně kolmé průměry. Hyperbola má pouze jeden pár hlavních průměrů, skutečnou a imaginární osu.
Protože hyperbola je hladká křivka, v každém z jejích bodů ( x 0 , y 0 ) lze nakreslit tečnu a normálu . Rovnice tečny k hyperbole dané kanonickou rovnicí je:
,nebo, což je totéž,
.Odvození tečné rovnice |
---|
Rovnice tečny libovolné rovné přímky má tvar Kanonická rovnice hyperboly může být reprezentována jako dvojice funkcí .Pak má derivace těchto funkcí tvar .Dosazením této rovnice do obecné tečné rovnice získáme |
Rovnice normály k hyperbole má tvar:
.Odvození normální rovnice |
---|
Rovnice normály libovolné rovné přímky má tvar .Kanonická rovnice hyperboly může být reprezentována jako dvojice funkcí .Pak má derivace těchto funkcí tvar .Dosazením této rovnice do obecné rovnice normály získáme . |
Zakřivení hyperboly v každém z jejích bodů ( x , y ) je určeno z výrazu:
.Poloměr zakřivení má tedy tvar:
.Konkrétně v bodě ( a , 0 ) je poloměr zakřivení
.Odvození vzorce pro poloměr křivosti |
---|
Vzorec pro poloměr zakřivení rovné čáry zadaný parameticky je: .Použijeme parametrickou reprezentaci hyperboly: Pak má první derivace x a y vzhledem k t tvar ,a druhá derivace je Dosazením těchto hodnot do vzorce pro zakřivení získáme: . |
Souřadnice středů křivosti jsou dány dvojicí rovnic:
Dosazením do poslední soustavy rovnic místo x a y jejich hodnot z parametrické reprezentace hyperboly získáme dvojici rovnic definující novou křivku sestávající ze středů křivosti hyperboly. Tato křivka se nazývá evoluce hyperboly.
Hyperbola je sinusová spirála v .
Slovníky a encyklopedie |
|
---|---|
V bibliografických katalozích |
Křivky | |||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Definice | |||||||||||||||||||
Transformováno | |||||||||||||||||||
Nerovinné | |||||||||||||||||||
Plochá algebraika |
| ||||||||||||||||||
Ploché transcendentální |
| ||||||||||||||||||
fraktál |
|
Kuželosečky | |
---|---|
Hlavní typy | |
Degenerovat | |
Zvláštní případ elipsy | Kruh |
Geometrické konstrukce | |
viz také | Kuželová konstanta |
Matematika • Geometrie |