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1 19 Cônicas- Parábola 19.1. Introdução Se girarmos uma parábola em torno do seu eixo, ela vai gerar uma superfície chamada parabolóide de revolução, também conhecida como superfície parabólica. Esta superficie possui inúmeras aplicações interessantes, todas elas decorrentes de uma propriedade geométrica da parábola. A fama das superfícies parabólicas remonta à Antiguidade. Há uma lenda segundo a qual o extraordinário matemático grego Arquimedes, que viveu em Siracusa em torno do ano 250 A.C., destruiu a frota que sitiava aquela cidade incendiando os navios com os raios de sol refletidos em espelhos parabólicos. Embora isto seja teoricamente possível, há sérias dúvidas históricas sobre a capacidade tecnológica da época para fabricar tais espelhos. Mas a lenda sobreviveu, e com ela a idéia de que ondas (de luz, de calor, de rádio ou de outra qualquer natureza), quando refletidas numa superfície parabólica, concentram-se sobre o foco, assim ampliando grandemente a intensidade do sinal recebido. Da lenda de Arquimedes restam hoje um interessante acendedor solar de cigarros e outros artefatos que provocam ignição fazendo convergir os raios de sol para o foco de uma superfície parabólica polida. Outros instrumentos atuam inversamente, concentrando na direção paralela ao eixo os raios de luz que emanam do foco. Como exemplos, citamos os holofotes, os faróis de automóveis e as simples lanternas de mão, que têm fontes luminosas à frente de uma superfície parabólica refletora. Um importante uso recente destas superfícies é dado pelas antenas parabólicas, empregadas na rádio-astronomia, bem como no dia-a-dia dos aparelhos de televisão, refletindo os débeis sinais provenientes de um satélite sobre sua superfície, fazendo-os convergir para um único ponto, o foco, deste modo amplificando consideravelmente sua intensidade. Consideremos em um plano uma reta d e um ponto F não pertencente a d. Parábola é o lugar geométrico dos pontos do plano que são equidistantes de F e d. De acordo com a defínição acima, P pertence à parábola se, e somente se: ( , ) ( , ')d P F d P P= , ou seja, 'PF PP=JJJG JJJJG . Observação: Consideramos o fato de F�d, pois, caso contrário, a parábola se degeneraria numa reta. 19.2. Elementos Considerando a Figura acima, temos: Foco: é o ponto F. Diretriz: é a reta d. Eixo: é a reta que passa pelo foco e é perpendicular à diretriz. Vértice: é o ponto V de interseção da parábola com o seu eixo. Obviamente, tem-se: d(V, F) = d(V, A). Com a finalidade de obtermos uma equação da parábola, teremos que referi-la ao sistema de eixos cartesianos. Iniciemos pelo caso mais simples. 19.3. Equação da Parâbola de Vértice na Origem do Sistema 1º caso: O eixo da parábola é o eixo dos y Seja P(x, y) um ponto qualquer da parábola (conforme figura abaixo) de foco F(0, p 2 ). Da definição de parábola, tem-se: 'PF PP=JJJG JJJJG 2 Como ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ pP' x,- 2 , vem: 2 2 2( ) ( ) ⎛ ⎞+ = + ⎜ ⎟⎝ ⎠ 2 p(x - 0) y - 0 x - x y+ 2 Elevando ambos os membros ao quadrado, obtemos: 2 2 2 2( ) ( )⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ = +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ p px - 0 y - x - x y + 2 2 ou simplesmente 2=2x py (1) Esta equação é chamada equação reduzida da parábola e constitui a forma padrão da equação da parábola de vértice na origem tendo para eixo o eixo dos y. Da análise desta equação conclui-se que, tendo em vista ser 2py sempre positivo ou nulo (pois é igual a ≥2x 0 ), os sinais de p e de y são sempre iguais. Conseqüentemente, se p > 0 a parábola tem concavidade voltada para cima e, se p < 0, a parábola tem concavidade voltada para baixo, conforme esclarecem as figuras a seguir . Este número real ≠p 0 é conhecido como parâmetro da parábola. 2º caso: O eixo da parábola é o eixo dos x Sendo P(x, y) um ponto qualquer da parábola (conforme Figura abaixo) de foco F( p 2 , 0), obteremos, de forma análoga ao 1º caso, a equação reduzida: 2=2y px Conforme o sinal de p, teremos: se p > 0, a parábola tem concavidade voltada para a direita e, se p < 0, a parábola tem concavidade voltada para a esquerda. 3 19.5. Translação de Eixos Consideremos no plano cartesiano xOy um ponto O'(h, k), arbitrário. Vamos introduzir um novo sistema x'O'y' tal que os eixos O'x' e O'y' tenham a mesma unidade de medida, a mesma direção e o mesmo sentido dos eixos Ox e Oy. Nestas condições, um sistema pode ser obtido do outro, através de uma translação de eixos. Seja um ponto P qualquer do plano tal que suas coordenadas são: x e y em relação ao sistema xOy, x' e y' em relação ao sistema x'O'y', Pela Figura anterior , obtém-se: x = x' + h e y = y' + k ou: x' = x - h e y' = y - k que são as fórmulas de translação e que permitem transformar coordenadas de um sistema para outro. A principal fínalídade da transformação de coordenadas é modificar a forma de equações. 19.6. Equação da Parábola de Vértice Fora da Origem do Sistema 1º caso: O eixo da parábola é paralelo ao eixo dos y Seja uma parábola de vértice V(h, k) e eixo paralelo ao eixo dos y, sendo h e k coordenadas de V em relação ao sistema xOy. Seja P(x, y) um ponto qualquer desta parábola. Consideremos um novo sistema x'O'y' com a origem O' em V nas condições do que foi anteriormente (conforme Figura abaixo). Sabe-se que a equação da parábola referida ao sistema x'O'y' é 2=2x' py' mas: x' = x - h e y' = y - k, e daí: (x- h)2 = 2p(y - k) que é a forma padrão da equação de uma parábola de vértice V(h, k) e eixo paralelo ao eixo dos y. 2º caso: O eixo da parábola é paralelo ao eixo dos x De modo análogo ao caso anterior, teremos: (y - k)2 = 2p(x - h) 19.7. Exemplos 01. Determinar a equação da parábola cujo vértice é a origem dos eixos de coordenadas, o eixo de simetria é o eixo y e passa pelo ponto P (-3, 7). Resolução: Se o eixo de simetria é o eixo y, a forma padrão da equação da parábola é x2 = 2py. Se P (-3, 7) pertence à parábola, temos: ( ) ( )22 92 3 2 7 14 9 14 x py p p p= ⇒ − = ⇒ = ⇒ = 4 Transportando o valor de p para a forma padrão, temos: 2 2 29 92 2 14 7 x py x y x y= ⇒ = ⋅ ⋅ ⇒ = Resposta : A equação procurada é 0 7 92 =− yx 02. Dada uma parábola de equação y2 = - 20x, pede- se: a) as coordenadas do foco; b) a equação da diretriz; c) o esboço do gráfico. Resolução: Se y2 = - 20, a forma padrão da equação da parábola é y2 = 2px e o eixo de simetria é o eixo x. a) Coordenadas do foco sendo x o eixo de simetria, então F (p/2, 0) ( )22 20 2 20 10 5,02 y x p p F y px ⎫= − ⇒ = − ⇒ = − ∴ −⎬= ⎭ b) Equação da diretriz x = -p/2 ⇒ x = -(-10/2) ⇒ x = 5 c) Esboço do gráfico Como o eixo de simetria é o eixo x, temos: Resposta: a) F(-5, 0); b) x = 5; 03. Determinar as coordenadas dos vértices, as coordenadas do foco e a equação da diretriz da parábola da equação y2 – 4y – 8x + 28 = 0. Resolução: Isolando os termos em y no 1º membro e completando o quadrado perfeito, temos: Y2 – 4y – 8x + 28 = 0 ⇒ y2 – 4y = 8x – 28 Y2 – 4y + 4 = 8x – 28 + 4 (y – 2)2 = 8x – 24 (y – 2)2 = 8 (x – 3) Comparando com a forma padrão da parábola, temos: ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 3 2 8 3 2 8 4 k y k p x h h y x p p =⎧− = − ⎪⇒ =⎨− = − ⎪ = ∴ =⎩ Logo, V (h, k) ⇒ V (3, 2) F (h + p/2, k) ⇒ F(5, 2) A equação da diretriz é: X = h – p/2 ⇒ x = 3 – 2 X = 1 Respostas: V (3, 2), F(5, 2) e x = 1 05. Determinar as coordenadas do vértice, as coordenadas do foco e a equação da diretriz da parábola de equação x2 + 2x + 4y – 15 = 0. Resolução: Isolando os termos em x no primeiro membro e completando o quadrado perfeito, temos: X2 + 2x + 4y – 15 = 0 ⇒ x2 + 2x = - 4y + 15 X2 + 2x + 1 = - 4y + 15 + 1 (x + 1)2 = - 4y + 16 (x + 1)2 = -4 (y – 4) Comparando com a forma padrão, temos: ( )2 2 1 2 ( ) 4 ( 1) 4( 4) 2 4 2 h x h p y k k x y p p = −⎧⎪− = − ⇒ =⎨+ = − − ⎪ = − ∴ = −⎩ Logo, V (h, k) ⇒ V (-1, 4) F (h, k + p/2) ⇒ F (-1, 3) A equação da diretriz é: Y = k – p/2 ⇒ y = 4 – (-1) y = 5 Resposta: V (-1, 4), F (-1, 3) e y = 5 05. Uma parábola tem foco (-1, 8) e diretriz dada pela equação y = 5. Determine as coordenadas do vértice e a equação dessa parábola. 5 Resolução: Se P (x, y) é um ponto da parábola, temos: d(P, F) = d (P, D1) ⇒ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=+ −=+ −+−+−=+ −−−=+ −=−++ −=−++ 2 1361 3961 641625101 851 581 581 2 2 222 222 222 22 yx yx yyyyx yyx yyx yyx Logo, V ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛− 2 131, Resposta: (x + 1)2 = 6 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − 2 13y e V ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛− 2 131, 19.8. Exercícios Propostos 01. A parábola de equação y = ax2 + bx + c passa pelos pontos (1, 0), (2, 5) e (-4, 5); então o valor de a + b + c é: a) 6 b) 0 c) 2 d) 5 e) 4 02. a parábola cujo eixo de simetria é 0y e que passa pelos pontos de intersecção da reta x + y = 0 com a circunferência x2 + y2 + 8y = 0 tem por equação: ...) ) ) ) ) arne xyd xyc xyb xya 2 2 2 2 4 1 4 1 4 8 1 4 1 = −= = += 03. Qual é a distância da origem do sistema cartesiano ao vértice V da parábola de equação x2 – 6x – y + 10 = 0? ... ) ) ) ) arn d c b a 5 102 10 10 04. A reta A passa pelo vértice da parábola de equação y = 4x – x2 e intercepta o eixo x no ponto de abcissa 5. A equação da reta A é: 2 25 2 5 3 20 3 4 3 20 3 4 2 25 2 5 −= +−= −= +−= xyd xyc xyb xya ) ) ) ) 05. A distância do vértice da parábola y = (x – 2) . (x – 6) à reta 5 3 4 += xy é: 5 43 25 4343 25 29 25 72 ) )) )) e dc ba 06. Das equações abaixo, a que representa uma parábola de eixo coincidente com a reta y = 0 é: a) y – x2 + 1 b) x = y2 + 1 c) y – x2 = 0 d) x2 – y2 = 1 e) x = 1/y + 3 6 07. Para que a parábola y = 2x2 + mx + 5 não intercepte a reta y = 3, devemos ter: a) – 4 < m < 4 b) m < -3 ou m > 4 c) m > 5 ou m < -5 d) m = - 5 ou m = 5 e) m ≠ 0 08. As parábolas dadas pelas equações y = x2 e x = y2: a) nunca se encontram b) se encontram apenas na origem c) se encontram em exatamente dois pontos d) se encontram em três pontos e) se encontram em quatro pontos 09. Qual é a equação da diretriz da parábola Y2 = 8x? a) x = - 4 b) x = -2 c) x = - 3 d) x = -5 e) x = -1 10. Ache a distância do ponto P(3, 6) à reta determinada pelos pontos de interseção das curvas x2 + y2 = 2 e y = x2. a) 3 b) 4 c) 5 d) 6 e) 7 Gabarito: 01. b 02. c 03. a 04. c 05. e 06. b 07. a 08. c 09. b 10. c 7 20 Cônicas - Elipse Elipse é o lugar geométrico dos pontos de um plano cuja soma das distâncias a dois pontos fixos desse plano é constante. Consideremos no plano dois pontos distintos, F1 e F2, tal que a distância d (F1, F2) = 2c. Seja um número real a tal que 2a > 2c. Ao conjunto de todos os pontos P do plano tais que: d(P, F1 ) + d(P, F2) = 2a ou: 2+ =JJJG JJJJG1 2PF PF a dá-se o nome de elipse. A abaixo sugere como se pode construir uma elipse no papel. Nos pontos F1 e F2 fixemos dois pregos e neles amarremos um fio não esticado. Tomemos um lápis e distendamos com sua ponta o fio, marcando o ponto P1. Então, a soma das distâncias d(P1, F1) e d(P1, F2) é o comprimento do fio. Se o lápis deslizar sobre o papel, mantendo o fio sempre esticado, ficará traçada uma elipse de focos F1 e F2 . A figura mostra outra posição P2 da ponta do lápis e, também para este ponto, a soma das distâncias d(P2 F1 ) e d(P2, F2) é o comprimento do fio. Assim, para as infinitas posições da ponta do lápis, a soma das distâncias a F1 a F2 é constante. A constante 2a anteriormente referida é o comprimento do fio. Se mantivermos constante o comprimento do fio e variarmos as posições de F1 e F2, a forma da elipse irá variar. Assim, quanto mais próximos os focos estão entre si, tanto mais a forma da elipse se assemelha à da circunferência, e quando F1 = F2 obtém-se uma circunferência. Por outro lado, quanto mais afastados os focos estiverem entre si, mais "achatada" será a elipse. 20.1 Elementos Focos: são os pontos F1 e F2 . Distância focal: é a distância 2c entre os focos. Centro: é o ponto médio C do segmento F1F2 . Eixo maior: é o segmento A1A2 de comprimento 2a (o segmento A1A2 contém os focos e os seus extremos pertencem à elipse). Eixo menor: é o segmento B1B2 de comprimento 2b (B1B2 ∞ A1A2 no seu ponto médio). Vértices: são os pontos A1, A2, B1 e B2. Excentricidade: é o número e dado por ce = a . Tendo em vista que c < a, tem-se: 0 < e < 1. Observação Em toda elipse vale a relação: 2 2 2a = b + c Na verdade, esta igualdade é a relação de Pitágoras no triângulo retângulo B2CF2 . 8 20.2. Equação da Elipse de Centro na Origem do Sistema 1º caso: o eixo maior está sobre o eixo dos x Seja P(x, y) um ponto qualquer de uma elipse de focos F1 (-c, 0) e F2 (c, 0). Por definíção, tem-se: 1 2d(P,F ) + d(P,F ) = 2a ou: + =JJJG JJJG1 2FP F P 2a ou em coordenadas: 2= =2 2 2 2(x + c) + (y - 0) (x - c) + (y - 0) a 2 2 2 2 2 2x + y + 2cx + c = 2a - x + y - 2cx + c ( ) ( )222 2 2 2 2 2x + y + 2cx + c = 2a - x + y - 2cx + c = + + 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 x + y + 2cx + c 4a - 4a x + y - 2cx + c x + y - 2cx + c 2 2 2 24a x + y - 2cx + c = 4a - 4cx 2 2 2 2a x + y - 2cx + c = a - cx 2 2 2 2 4 2 2 2a (x + y - 2cx + c ) = a - 2a cx + c x 2 2 2 2 2 2 2 4 2 2 2a x + a y - a 2cx + a c = a - 2a cx + c x 2 2 2 2 2 2 4 2 2a x - c x + a y = a - a c )2 2 2 2 2 2 2 2(a - c )x + a y = a (a - c mas: 2 2 2a c b− = logo: 2 2 2 2 2 2b x + a y = a b Dividindo ambos os membros da equação por 2 2a b , obtemos 2 2 2 2 x y + = 1 a b que é a equação reduzida da elipse de centro na origem e eixo maior sobre o eixo dos x. 2º caso: O eixo maior está sobre o eixo dos y Com procedimento análogo ao 1º caso, obteremos a equação reduzida 2 2 2 2 x y+ = 1 b a Observação: Tendo em vista que 2 2 2a = b + c , segue-se que: 2 2 ,a b> eportanto a > b. Então, sempre o maior dos denominadores na equação reduzida representa o número a2, onde a é medida do semi-eixo maior. Ainda mais: se na equação da elipse o número a2 é denominador de x2, a elipse tem seu eixo maior sobre o eixo dos x. Exemplos: A equação reduzida da elipse abaixo é: 2 2 2 2 x y+ = 1 3 2 Já a elipse abaixo tem equação reduzida: 2 2 2 2 x y+ = 1 2 3 9 20.3. Equação da Elipse de Centro Fora da Origem do Sistema 1º caso: O eixo maior é paralelo ao eixo dos x Consideremos uma elipse de centro C(h, k) e seja P(x, y) um ponto qualquer da mesma. Faremos um processo análogo ao caso da equação da parábola com vértice em (h, k) quando ocorre uma translação de eixos, pois o caso presente da elipse é perfeitamente análogo àquele. Assim: 2 2 2 2 x y + = 1 b a é a equação de uma elipse de centro C(0, 0) e eixo maior sobre o eixo dos x; quando o eixo maior for paralelo ao eixo dos x e o centro for C(h, k), a equação passa a ser 2 2 2 2 (x - h) (y - k) + = 1 a b Este mesmo detalhe irá se repetir também no estudo da hipérbole a ser feito logo a seguir. 2º caso: O eixo maior é paralelo ao eixo dos y De forma análoga, temos: 2 2 2 2 (x - h) (y - k) + = 1 b a 20.4. Exemplos 01. numa elipse, o eixo maior está contido no eixo x e seu comprimento é 16. Sabendo-se que a distância entre os focos é 10, determinar a equação da elipse. Resolução: como o eixo maior está contido no eixo x, a forma padrão da equação é: 12 2 2 2 =+ b y a x Pelos dados do problema, temos: 2a = 16 ⇒ a = 8 2c = 10 ⇒ c = 5 a2 = b2 + c2 ⇒ 64 = b2 + 25 ⇒ b2 = 39 Então, a equação procurada é: 1 3964 1 22 2 2 2 2 =+⇒=+ yx b y a x Resposta : A equação é 1 3964 22 =+ yx . 02. Determinar as coordenadas dos focos e dos vértices da elipse de equação 4x2 + 25y2 = 100. Resolução: Vamos escrever a equação na forma padrão, dividindo todos os termos por 100: 4x2 + 25y2 = 100. ⇒ 1 425 100 100 100 25 100 4 22 22 =+ =+ yx yx Como 25 > 4, o eixo maior está contido no eixo x, logo: a2 = 25 ⇒ a = 5 b2 = 4 ⇒ b = 2 a2 = b2 + c2 ⇒ 25 = 4 + c2 c = 21 10 Sabendo que os focos e os vértices estão situados no eixo x, temos: ( ) ( ) ( ) ( )0505021021 2121 ,,,,,, −− VeVFF Resposta: ( ) ( ) ( ) ( )0505021021 2121 ,,,,,, −− VeVFF 03. Determinar a equação da elipse de vértices V1 (0, 6) e V2 (0, -6) e que passa pelo ponto P (3, 2). Resolução: Como os vértices estão no eixo y, a forma padrão da equação é: 12 2 2 2 =+ a y b x Pelos dados do problema, temos: A = 6 Como a elipse passa pelo ponto P (3, 2), devemos ter: 8 81 9 89 9 1191 36 49 1 6 23 2 222 2 2 2 2 =⇒=⇒−=⇒=+ =+ b bbb b Substituindo a2 e b2 na equação padrão, temos: 1 3681 81 36 8 81 2222 =+⇒=+ yxyx Resposta: A equação procurada é 1 3681 8 22 =+ yx 04. Determinar a excentricidade da elipse de equação x2 + 5y2 = 20. 05. Resolução: x2 + 5y2 = 20 1 42020 20 20 5 20 2222 =+⇒=+⇒ yxyx Da equação obtida, temos: a2 = 20 5220 =⇒= aa 242 =⇒= bb a2 = b2 + c2 ⇒ 20 = 4 + c2 c2 = 16 c = 4 Daí, temos: 52 4=⇒= e a ce 5 52=e Resposta: 5 52 05. Determinar as coordenadas do centro, as coordenadas dos focos e as medidas dos semi-eixos da elipse de equação ( ) ( ) 1 16 3 25 4 22 =++− yx . Resolução: Comparando com a forma padrão, temos: ( ) ( ) ( ) ( ) ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ =⇒= =⇒= −= = ⇒ =++− =−+− 416 525 3 4 1 16 3 25 4 1 2 222 2 2 2 2 bb aa k h yx b ky a hx Como a2 = b2 + c2, vem: a2 = b2 + c2 ⇒ 25 = 16 + c2 c2 = 9 c = 3 Portanto, O (h, k) ⇒ O (4, -3) F1 (h + c, k) ⇒ F1 (7, -3) F2 (h – c, k) ⇒ F2 (1, -3) Resposta: O (4, -3), F1 (7, -3), F2 (1, -3), a = 5 e b = 4 20.5. Exercícios Propostos 01. Num sistema de coordenadas cartesianas ortogonais, a equação x2 + 4y2 = 4 representa: a) uma circunferência de centro na origem b) uma parábola de vértice na origem c) uma circunferência de raio 2 d) uma elipse cujo eixo maior é o dobro do eixo menor e) uma elipse cujo eixo maior é o quádruplo do eixo menor 02. Um ponto P da elipse 1 49 22 =+ yx dista 2 de um dos foco. Qual é a distância de P ao outro foco da elipse? a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 7 11 03. O eixo menor da elipse de equação 5x2 + 2y2 = 20 tem comprimento igual a: a) 2 b) 4 c) 10 d) 2 10 e) 52 04. A equação da elipse que passa pelos pontos (2, 0), (-2, 0) e (0, 1) é: 44 142 1 4 44 22 22 2 2 22 =− =− =+ =+ yxd yxc yxb yxa ) ) ) ) 05. A equação da circunferência com centro na origem e cujo raio é igual ao semi-eixo menor da elipse x2 + 4y2 = 4 é: 1 4 16 2 22 22 22 22 =+ =+ =+ =+ yxd yxc yxb yxa ) ) ) ) 06. A reta passa pelos pontos de intersecção da parábola y = x 2 com a elipse ( ) 1 164 2 22 =+− yx é: a) y = -x b) y = 2x + 1 c) y = 2x d) y = 3x e) não sei. 07. A equação 9x2 + 4y2 – 18x – 8y – 23 = 0 representa uma: a) circunferência b) hipérbole c) parábola d) elipse e) reta 08. A reta y = ax + 1 intercepta a elipse x2 + 4y2 = 1 somente num ponto. Calcule 8 a2. a) 6 b) 5 c) 4 d) 7 e) 1 09. Os pontos A (10, 0) e B (-5, y) estão sobre uma elipse cujos focos são F1 (-8, 0) e F2 (8, 0). Calcule o perímetro do triângulo BF1F2. a) 24 b) 32 c) 36 d) 44 e) 46 10. A equação 9x2 + 4y2 – 18x – 16y – 11 = 0 é de uma elipse. Os semi-eixos maior e menor medem: a) 4 e 3 b) 4 e 2 c) 4 e 1 d) 3 e 2 e) 3 e 1 Gabarito: 01. d 02. c 03. d 04. a 05. d 06. c 07. d 08. a 09. c 10. d 12 21. Cônicas- Hipérbole 21.1. Definição Considerando, num plano α, dois pontos distintos, F1 e F2 , e sendo 2a um número real menor que a distância entre F1 e F2 , chamamos de hipérbole o conjunto dos pontos do plano α tais que o módulo da diferença das dist6ancias desses pontos a F1 e F2 seja sempre igual a 2a. Por exemplo, sendo P, Q, R, S, F1 e F2 pontos de um mesmo plano e F1F2 = 2c, temos: A figura obtida é uma hipérbole. Observação: Os dois ramos da hipérbole são determinados por um plano paralelo ao eixo de simetria de dois cones circulares retos e opostos pelo vértice 21.2. Elementos Observe a hipérbole representada a seguir. Nela, temos os seguintes elementos: • semi-eixo real: a • semi-eixo imaginário: b • semidistância focal: c • distância focal: cFF 221 = • eixo real: aAA 221 = , contém os focos • eixo imaginário: Excentricidade Chamamos de excentricidade o número real e tal que: Como c > a, temos e > 1. 21.3. Equações Vamos considerar os seguintes casos: a) hipérbole com centro na origem e focos no eixo Ox 13 F1 (-c, 0) F2 ( c, 0) Aplicando a definição de hipérbole: Obtemos a equação da hipérbole: b) hipérbole com centro na origem e focos no eixo Oy Nessas condições, a equação da hipérbole é: 21.4. Hipérbole eqüilátera Uma hipérbole é chamada eqüilátera quando as medidas dos semi-eixos real e imaginário são iguais: a = b 21.5. Assíntotas da hipérbole Assíntotas são retas que contêm as diagonais do retângulo de lados 2a e 2b. Quando o eixo real é horizontal, o coeficiente angular dessas retas é m = ± b/a; quando é vertical, o coeficiente é m = ± a/b. Equação Vamos considerar os seguintes casos: a) eixo real horizontal e C(0, 0) As assíntotas passam pela origem e têm coeficiente angular m = ± b/a; logo, suas equações são da forma: b) eixo vertical e C(0, 0) As assíntotas passam pela origem e têm coeficiente angular m = ± a/b; logo, suas equações são da forma: 21.6. Exemplos 01. Determinar a equação da hipérbole de focos F1 (5, 0) e F2 (-5, 0) e de vértices V1 (3, 0) e V2 (-3, 0). Resolução: Como os focos pertencem ao eixo das abcissas, a forma padrão da equação é: 12 2 2 2 =− b y a x Pelos dados do problema, temos: a = 3 c = 5 c2 = a2 + b2 ⇒ 52 = 32 + b2 ⇒ b2 = 25 – 9 ⇒ b2 = 16 ⇒ b = 4 Substituindo na forma padrão, temos: 12 2 2 2 =− b y a x 1 169 22 =−⇒ yx 14 Resposta: a equação pedida é 1 169 22 =− yx 02. Determinar a equação da hipérbole de focos F1 (0, 4) e F2 (0, -4), sabendo-se que o comprimento do eixo real é 6 unidades. Resolução: Como os focos pertencem ao eixo das ordenadas, a forma padrão da equação é: 12 2 2 2 =− b x a y Pelos dados do problema, temos: C = 4 2a = 6 ⇒ a = 3 c2 = a2 + b2 ⇒ 42 = 32 + b2 ⇒ b2 = 16 – 9 ⇒ b2 = 7 Substituindo na forma padrão, temos: 1 79 22 =− xy Resposta: A equação pedida é 1 79 22 =− xy 03. Determinar a medida do eixo real, do eixo imaginário e da distância focal da hipérbole de equação 9x2 – 16y2 = 144. Resolução: Vamos escrever a equação na forma padrão, dividindo todos os termos por 144: 1 916144 144 144 16 144 9 2222 =−⇒=− yxyx Nesse caso, os vértices e os focos estão no eixo das abcissas e: a2 = 16 ⇒ a = 4 b2 = 9 ⇒ b = 3 Logo, c2 = a2 + b2 ⇒ c2 =16 + 9 c = 25 c = 5 portanto, 102 62 82 21 21 21 == == == cFF bMM aVV Resposta: 1068 212121 === FFMMVV ,, 04. Determinar a excentricidade e a equação das assíntotas da hipérbole de equação 4x2 – y2 = 16. Resolução: Escrevendo a equação dada na forma reduzida, temos: 4x2 – y2 = 16 1 16416 16 1616 4 2222 =−⇒=−⇒ yxyx Pela equação obtida, temos: a2 = 4 ⇒ a = 2 b2 = 16 ⇒ b = 4 c2 = a2 + b2 ⇒ c2 = 4 + 16 ⇒ c2= 20⇒ ⇒c = 20 ⇒ c = 52 5 2 52 =⇒=⇒= ee a ce • Cálculo da equação das assíntotas xyxyx a by 2 2 4 =⇒=⇒= xyxyx a by 2 2 4 −=⇒−=⇒−= Resposta: xyexye 225 −=== , 05. Determinar o centro, as medidas do eixo real e do eixo imaginário, a excentricidade e os focos da hipérbole x2 – y2 = 16. x2 – y2 = 16 (dividindo a expressão por 16) 1 1616 22 =− yx Como a hipérbole é do tipo 12 2 2 2 =− b y a x , o centro tem coordenadas C(0, 0). • O eixo real mede A1 A2 = 2a = 2 . 4 = 8 • O eixo imaginário mede B1 B2 = 2b = 2 . 4 = 8 É importante observar que, nesse caso, a = b = 4, portanto, trata-se de uma hipérbole eqüilátera. • A excentricidade é dada por a ce = c2 = a2 + b2 c2 = 42 + 42 2 4 242432 ==⇒==⇒ ec Os focos têm coordenadas F1(x0 -c, y0) e F2 (x0 + c, y0). ( ) ( )024024 21 ,, =−= FeF 15 21.7. Exercícios Propostos 01. A cônica representada pela equação 3x2 – 4y2 + 8y – 16 = 0 é: a) parábola b) hipérbole c) elipse d) circunferência e) duas retas 02. O valor de b para o qual a reta y = x + b não intercepta a hipérbole x2 – y2 = 1 é: a) 2 b) 2 d) 1 f) 0 g) -1 03. A equação de uma das assíntotas à hipérbole 1 6416 22 =− yx é: a) y = 2x – 1 b) y = 4x c) y = x d) y = 2x + 1 e) y = 2x 04. Considerando-se a equação da hipérbole 4x2 – 16y2 = 49, determine a medida do eixo real: a) 6 b) 9 c) 4 d) 7 e) 0 05. Obtenha a distância focal da hipérbole cuja equação é .1 916 22 =− yx a) 2c =12 b) 2c = 9 c) 2c = 11 d) 2c = 10 e) 2c = 13 06. Determine as coordenadas dos focos da hipérbole cuja equação é 144y2 – 25x2=3600. a) F1(0, -12) e F2(0, 12) b) F1(0, -10) e F2(0, 10) c) F1(0, -13) e F2(0, 13) d) F1(0, -11) e F2(0, 11) 07. O gráfico da equação x2 – y2 = 4 representa uma hipérbole. Os focos dessa hipérbole são: ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − − − ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 2 10 2 10 2020 022022 0202 0 2 10 2 1 ,,) ,,) ,,) ,,) ,,) ee ed ec eb ea 08. Assinalar a falsa: a) As retas 2y = 3x + 5 e 3x – 2y = 0 são paralelas b) As retas 5x – 2y = 1 e 2x + 5y = 0 são perpendiculares c) A distância do ponto (5; 3) à reta y = 5 é 2 d) 2x2 + 5y2 = 1 é a equação de uma hipérbole. e) X = 4y2 é a equação de uma parábola. 09. A equação de uma das assíntotas da hipérbole x2 – y2 = 16 é: a) y = 2x – 1 b) y = 4x c) y = x d) y = 2x + 1 e) y = 2x 10. A cônica de excentricidade 2 e vértice (-1;0) e (1; 0) tem equação: a) 3x2 + y2 = 3 b) 3x2 – y2 = 3 c) 3x2 – y2 = 1 d) x2 + 3y2 = 3 e) x2 - 3y2 = 1 Gabarito: 01. b 02. d 03. e 04. d 05. d 06. c 07. c 08. d 09. c 10. b