Processing math: 77%
Saltar al contenido principal
Library homepage
 

Text Color

Text Size

 

Margin Size

 

Font Type

Enable Dyslexic Font
LibreTexts Español

12.1: La elipse

( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

Objetivos de aprendizaje
  • Escribir ecuaciones de elipses en forma estándar.
  • Gráfica elipses centradas en el origen.
  • Gráfica elipses no centradas en el origen.
  • Resolver problemas aplicados que involucran elipses.

¿Te imaginas parado en un extremo de una habitación grande y aún así poder escuchar un susurro de una persona parada en el otro extremo? El Salón Nacional de Estatuas en Washington, D.C., que se muestra en la Figura12.1.1, es tal habitación. Se trata de una habitación de forma ovalada llamada cámara susurrante porque la forma hace posible que el sonido viaje a lo largo de las paredes. En esta sección, investigaremos la forma de esta sala y sus aplicaciones del mundo real, incluyendo hasta qué punto de distancia pueden pararse dos personas en el Salón de Estatuas y aún se escuchan susurrar.

CNX_Precalc_Figure_10_01_001n.jpg

Figura12.1.1: El Salón Nacional de Estatuas en Washington, D.C. (crédito: Greg Palmer, Flickr)

Escribir ecuaciones de elipses en forma estándar

Una sección cónica, o cónica, es una forma resultante de la intersección de un cono circular derecho con un plano. El ángulo en el que el plano cruza el cono determina la forma, como se muestra en la Figura12.1.2.

CNX_Precalc_Figure_10_01_002.jpg

Figura12.1.2

Las secciones cónicas también se pueden describir mediante un conjunto de puntos en el plano de coordenadas. Posteriormente en este capítulo, veremos que la gráfica de cualquier ecuación cuadrática en dos variables es una sección cónica. Los signos de las ecuaciones y los coeficientes de los términos variables determinan la forma. Esta sección se centra en las cuatro variaciones de la forma estándar de la ecuación para la elipse. Una elipse es el conjunto de todos los puntos(x,y) en un plano tal que la suma de sus distancias desde dos puntos fijos es una constante. Cada punto fijo se llama foco (plural: focos).

Podemos dibujar una elipse usando un trozo de cartón, dos tachuelas, un lápiz y una cuerda. Coloca las tachuelas en el cartón para formar los focos de la elipse. Cortar un trozo de cuerda más largo que la distancia entre las dos tachuelas (la longitud de la cuerda representa la constante en la definición). Pegue cada extremo de la cuerda al cartón y trace una curva con un lápiz tenso contra la cuerda. El resultado es una elipse. Ver Figura12.1.3.

CNX_Precalc_Figure_10_01_003.jpg

Figura12.1.3

Cada elipse tiene dos ejes de simetría. El eje más largo se llama eje mayor, y el eje más corto se llama eje menor. Cada punto final del eje mayor es el vértice de la elipse (plural: vértices), y cada punto final del eje menor es un covértice de la elipse. El centro de una elipse es el punto medio de los ejes mayor y menor. Los ejes son perpendiculares en el centro. Los focos siempre se encuentran en el eje mayor, y la suma de las distancias desde los focos a cualquier punto de la elipse (la suma constante) es mayor que la distancia entre los focos (Figura12.1.4).

CNX_Precalc_Figure_10_01_004.jpg

Figura12.1.4

En esta sección, restringimos elipses a aquellas que se posicionan vertical u horizontalmente en el plano de coordenadas. Es decir, los ejes quedarán sobre o serán paralelos a los ejesx - yy -ejes. Más adelante en el capítulo, veremos elipses que se rotan en el plano de coordenadas.

Para trabajar con elipses horizontales y verticales en el plano de coordenadas, consideramos dos casos: los que están centrados en el origen y los que están centrados en un punto distinto al origen. Primero aprenderemos a derivar las ecuaciones de elipses, y luego aprenderemos a escribir las ecuaciones de elipses en forma estándar. Posteriormente utilizaremos lo que aprendamos para dibujar las gráficas.

Derivar la ecuación de una elipse centrada en el origen

Para derivar la ecuación de una elipse centrada en el origen, comenzamos con los focos(c,0) y(c,0). La elipse es el conjunto de todos los puntos de(x,y) tal manera que la suma de las distancias desde(x,y) a los focos es constante, como se muestra en la Figura12.1.5.

CNX_Precalc_Figure_10_01_014.jpg

Figura12.1.5

Si(a,0) es un vértice de la elipse, la distancia de(c,0) a(a,0) esa(c)=a+c. La distancia de(c,0) a(a,0) esac. La suma de las distancias desde los focos hasta el vértice es

(a+c)+(ac)=2a

Si(x,y) es un punto en la elipse, entonces podemos definir las siguientes variables:

  • d1=la distancia de(c,0) a(x,y)
  • d2=la distancia de(c,0) a(x,y)

Por la definición de elipse,d1+d2 es constante para cualquier punto(x,y) de la elipse. Sabemos que la suma de estas distancias es2a para el vértice(a,0). De ello se deduce qued1+d2=2a para cualquier punto de la elipse. Comenzaremos la derivación aplicando la fórmula de distancia. El resto de la derivación es algebraica.

d1+d2=2a(x(c))2+(y0)2+(xc)2+(y0)2=2aDistance formula(x+c)2+y2+(xc)2+y2=2aSimplify expressions.(x+c)2+y2=2a(xc)2+y2Move radical to opposite side.(x+c)2+y2=[2a(xc)2+y2]2Square both sides.x2+2cx+c2+y2=4a24a(xc)2+y2+(xc)2+y2Expand the squares.x2+2cx+c2+y2=4a24a(xc)2+y2+x22cx+c2+y2Expand remaining squares.2cx=4a24a(xc)2+y22cxCombine like terms.4cx4a2=4a(xc)2+y2Isolate the radical.cxa2=a(xc)2+y2Divide by 4.[cxa2]2=a2[(xc)2+y2]2Square both sides.c2x22a2cx+a4=a2(x22cx+c2+y2)Expand the squares.c2x22a2cx+a4=a2x22a2cx+a2c2+a2y2Distribute a2a2x2c2x2+a2y2=a4a2c2Rewrite.x2(a2c2)+a2y2=a2(a2c2)Factor common terms.x2b2+a2y2=a2b2Set b2=a2c2x2b2a2b2+a2y2a2b2=a2b2a2b2Divide both sides by a2b2x2a2+y2b2=1Simplify

Así, la ecuación estándar de una elipse esx2a2+y2b2=1 .Esta ecuación define una elipse centrada en el origen. Sia>b, la elipse se estira más en la dirección horizontal, y sib>a, la elipse se estira más en la dirección vertical.

Escribir ecuaciones de elipses centradas en el origen en forma estándar

Las formas estándar de ecuaciones nos hablan de las características clave de las gráficas. Tómese un momento para recordar algunas de las formas estándar de ecuaciones con las que hemos trabajado en el pasado: lineal, cuadrática, cúbica, exponencial, logarítmica, etc. Al aprender a interpretar formas estándar de ecuaciones, estamos uniendo la relación entre representaciones algebraicas y geométricas de fenómenos matemáticos.

Las características clave de la elipse son su centro, vértices, comvértices, focos y longitudes y posiciones de los ejes mayor y menor. Al igual que con otras ecuaciones, podemos identificar todas estas características con solo observar la forma estándar de la ecuación. Hay cuatro variaciones de la forma estándar de la elipse. Estas variaciones se categorizan primero por la ubicación del centro (el origen o no el origen), y luego por la posición (horizontal o vertical). Cada uno se presenta junto con una descripción de cómo las partes de la ecuación se relacionan con la gráfica. Interpretar estas partes nos permite formar una imagen mental de la elipse.

FORMAS ESTÁNDAR DE LA ECUACIÓN DE UNA ELIPSE CON CENTRO(0,0)

La forma estándar de la ecuación de una elipse con eje central(0,0) y mayor en elx eje es

x2a2+y2b2=1

donde

  • a>b
  • la longitud del eje mayor es2a
  • las coordenadas de los vértices son(±a,0)
  • la longitud del eje menor es2b
  • las coordenadas de los co-vértices son(0,±b)
  • las coordenadas de los focos son(±c,0), dondec2=a2b2. Ver Figura12.1.6a.

La forma estándar de la ecuación de una elipse con eje central(0,0) y mayor en ely eje es

x2b2+y2a2=1

donde

  • a>b
  • la longitud del eje mayor es2a
  • las coordenadas de los vértices son(0,±a)
  • la longitud del eje menor es2b
  • las coordenadas de los co-vértices son(±b,0)
  • las coordenadas de los focos son(0,±c), dondec2=a2b2. Ver Figura12.1.6b.

Tenga en cuenta que los vértices, co-vértices y focos están relacionados por la ecuaciónc2=a2b2. Cuando se nos dan las coordenadas de los focos y vértices de una elipse, podemos usar esta relación para encontrar la ecuación de la elipse en forma estándar.

150621824376404.png

Figura12.1.6: (a) Elipse horizontal con centro(0,0) (b) Elipse vertical con centro(0,0)

Cómo: Dados los vértices y focos de una elipse centrada en el origen, escribir su ecuación en forma estándar
  1. Determine si el eje principal se encuentra en el eje x o y.
    • Si las coordenadas dadas de los vértices y focos tienen la forma(±a,0) y(±c,0) respectivamente, entonces el eje mayor es el eje x. Utilice el formulario estándarx2a2+y2b2=1
    • Si las coordenadas dadas de los vértices y focos tienen la forma(0,±a) y(±c,0), respectivamente, entonces el eje mayor es el eje y. Utilice el formulario estándarx2b2+y2a2=1
  2. Utilice la ecuaciónc2=a2b2, junto con las coordenadas dadas de los vértices y focos, para resolver parab2.
  3. Sustituir los valores pora2 yb2 en la forma estándar de la ecuación determinada en el Paso 1.
Ejemplo12.1.1: Writing the Equation of an Ellipse Centered at the Origin in Standard Form

¿Cuál es la ecuación de forma estándar de la elipse que tiene vértices(±8,0) y focos(±5,0)?

Solución

Los focos están en elx eje, por lo que el eje mayor es elx eje -eje. Así, la ecuación tendrá la formax2a2+y2b2=1

Los vértices son(±8,0), asía=8 ya2=64.

Los focos son(±5,0), asíc=5 yc2=25.

Sabemos que los vértices y focos están relacionados por la ecuaciónc2=a2b2. Resolviendo parab2, tenemos:

c2=a2b225=64b2Substitute for c2 and a2b2=39Solve for b2

Ahora sólo necesitamos sustitutoa2=64 yb2=39 en la forma estándar de la ecuación. La ecuación de la elipse esx264+y239=1.

Ejercicio12.1.1

¿Cuál es la ecuación de forma estándar de la elipse que tiene vértices(0,±4) y focos(0,±15)?

Contestar

x2+y216=1

Q&A

¿Podemos escribir la ecuación de una elipse centrada en el origen dadas las coordenadas de un solo foco y vértice?

Sí. Las elipses son simétricas, por lo que las coordenadas de los vértices de una elipse centradas alrededor del origen siempre tendrán la forma(±a,0) o(0,±a). De igual manera, las coordenadas de los focos siempre tendrán la forma(±c,0) o(0,±c). Sabiendo esto, podemos usara yc desde los puntos dados, junto con la ecuaciónc2=a2b2, para encontrarb2.

Escribir ecuaciones de elipses no centradas en el origen

Al igual que las gráficas de otras ecuaciones, se puede traducir la gráfica de una elipse. Si una elipse se trasladah unidades horizontalmente yk unidades verticalmente, el centro de la elipse será(h,k). Esta traducción da como resultado la forma estándar de la ecuación que vimos anteriormente, conx reemplazada por(xh) e y reemplazada por(yk).

FORMAS ESTÁNDAR DE LA ECUACIÓN DE UNA ELIPSE CON CENTRO(H,K)

La forma estándar de la ecuación de una elipse con eje central(h,k) y mayor paralelos alx eje -eje es

(xh)2a2+(yk)2b2=1

donde

  • a>b
  • la longitud del eje mayor es2a
  • las coordenadas de los vértices son(h±a,k)
  • la longitud del eje menor es2b
  • las coordenadas de los co-vértices son(h,k±b)
  • las coordenadas de los focos son(h±c,k), dondec2=a2b2. Ver Figura12.1.7a.

La forma estándar de la ecuación de una elipse con eje central(h,k) y mayor paralelos aly eje -eje es

(xh)2b2+(yk)2a2=1

donde

  • a>b
  • la longitud del eje mayor es2a
  • las coordenadas de los vértices son(h,k±a)
  • la longitud del eje menor es2b
  • las coordenadas de los co-vértices son(h±b,k)
  • las coordenadas de los focos son(h,k±c), dondec2=a2b2. Ver Figura12.1.7b.

Al igual que con las elipses centradas en el origen, las elipses que están centradas en un punto(h,k) tienen vértices, co-vértices y focos que están relacionados por la ecuaciónc2=a2b2. Podemos usar esta relación junto con las fórmulas de punto medio y distancia para encontrar la ecuación de la elipse en forma estándar cuando se dan los vértices y focos.

12.2.7.png

Figura12.1.7: (a) Elipse horizontal con centro(h,k) (b) Elipse vertical con centro(h,k)

Cómo: Dados los vértices y focos de una elipse no centrada en el origen, escribir su ecuación en forma estándar
  1. Determine si el eje principal es paralelo al ejex - oy -eje.
    • Si las coordenadas y de los vértices y focos dados son las mismas, entonces el eje mayor es paralelo alx eje -eje. Utilice el formulario estándar(xh)2a2+(yk)2b2=1
    • Si las coordenadas x de los vértices y focos dados son las mismas, entonces el eje mayor es paralelo al eje y. Utilice el formulario estándar(xh)2b2+(yk)2a2=1
  2. Identifica el centro de la elipse(h,k) usando la fórmula de punto medio y las coordenadas dadas para los vértices.
  3. Encontrara2 resolviendo para la longitud del eje mayor,2a, que es la distancia entre los vértices dados.
  4. Encontrarc2 usandoh yk, que se encuentra en el Paso 2, junto con las coordenadas dadas para los focos.
  5. Resuelve porb2 usar la ecuaciónc2=a2b2.
  6. Sustituir los valores porhk,a2, yb2 en la forma estándar de la ecuación determinada en el Paso 1.
Ejemplo12.1.2: Writing the Equation of an Ellipse Centered at a Point Other Than the Origin

¿Cuál es la ecuación de forma estándar de la elipse que tiene vértices(2,8)(2,2) y y focos(2,7) y(2,1)?

Solución

Lasx coordenadas -de los vértices y focos son las mismas, por lo que el eje mayor es paralelo aly eje -eje. Así, la ecuación de la elipse tendrá la forma

(xh)2b2+(yk)2a2=1

Primero, identificamos el centro,(h,k). El centro está a medio camino entre los vértices,(2,8) y(2,2). Aplicando la fórmula de punto medio, tenemos:

(h,k)=(2+(2)2,8+22)=(2,3)

A continuación, nos encontramosa2. La longitud del eje mayor,2a, está delimitada por los vértices. Resolvemosa por encontrar la distancia entre las coordenadas y de los vértices.

2a=2(8)2a=10a=5

Entoncesa2=25.

Ahora nos encontramosc2. Los focos están dados por(h,k±c). Entonces,(h,kc)=(2,7) y(h,k+c)=(2,1). Sustituimosk=3 usando cualquiera de estos puntos para resolverc.

k+c=13+c=1c=4

Entoncesc2=16.

A continuación, resolvemos porb2 usar la ecuaciónc2=a2b2.

c2=a2b216=25b2b2=9

Finalmente, sustituimos los valores encontrados parah,ka2, yb2 en la ecuación de forma estándar por una elipse:

(x+2)29+(y+3)225=1

Ejercicio12.1.2

¿Cuál es la ecuación de forma estándar de la elipse que tiene vértices(3,3)(5,3) y y focos(123,3) y(1+23,3)?

Contestar

(x1)216+(y3)24=1

Gráfica de elipses centradas en el origen

Así como podemos escribir la ecuación para una elipse dada su gráfica, podemos graficar una elipse dada su ecuación. Para graficar elipses centradas en el origen, utilizamos la forma estándar

x2a2+y2b2=1,a>bpara elipses horizontales

y

x2b2+y2a2=1,a>bpara elipses verticales

Cómo: Dada la forma estándar de una ecuación para una elipse centrada en(0,0), sketch the graph.
  1. Utilice las formas estándar de las ecuaciones de una elipse para determinar el eje mayor, vértices, co-vértices y focos.
    • Si la ecuación está en la formax2a2+y2b2=1, dondea>b, entonces
      • el eje mayor es elx eje -eje
      • las coordenadas de los vértices son(±a,0)
      • las coordenadas de los co-vértices son(0,±b)
      • las coordenadas de los focos son(±c,0)
    • Si la ecuación está en la formax2b2+y2a2=1, dondea>b, entonces
      • el eje mayor es ely eje -eje
      • las coordenadas de los vértices son(0,±a)
      • las coordenadas de los co-vértices son(±b,0)
      • las coordenadas de los focos son(0,±c)
  2. Resuelve porc usar la ecuaciónc2=a2b2.
  3. Trace el centro, vértices, co-vértices y focos en el plano de coordenadas y dibuje una curva suave para formar la elipse.
Ejemplo12.1.3: Graphing an Ellipse Centered at the Origin

Grafica la elipse dada por la ecuación,x29+y225=1. Identificar y etiquetar el centro, vértices, co-vértices y focos.

Solución

Primero, determinamos la posición del eje mayor. Porque25>9, el eje mayor está en ely eje -eje. Por lo tanto, la ecuación está en la formax2b2+y2a2=1, dóndeb2=9 ya2=25. De ello se deduce que:

  • el centro de la elipse es(0,0)
  • las coordenadas de los vértices son(0,±a)=(0,±25)=(0,±5)
  • las coordenadas de los co-vértices son(±b,0)=(±9,0)=(±3,0)
  • las coordenadas de los focos son(0,±c), dondec2=a2b2 Resolviendo parac, tenemos:

c=±a2b2=±259=±16=±4

Por lo tanto, las coordenadas de los focos son(0,±4).

A continuación, trazamos y etiquetamos el centro, vértices, co-vértices y focos, y dibujamos una curva suave para formar la elipse. Ver Figura12.1.8.

12.2.8.png

Figura12.1.8

Ejercicio12.1.3

Grafica la elipse dada por la ecuaciónx236+y24=1. Identificar y etiquetar el centro, vértices, co-vértices y focos.

Contestar

centro:(0,0); vértices:(±6,0); co-vértices:(0,±2); focos:(±42,0)

Ex4fig1.png

Figura12.1.9

Ejemplo12.1.4: Graphing an Ellipse Centered at the Origin from an Equation Not in Standard Form

Grafica la elipse dada por la ecuación4x2+25y2=100. Reescribir la ecuación en forma estándar. Luego identifique y etiquete el centro, vértices, co-vértices y focos.

Solución

Primero, use álgebra para reescribir la ecuación en forma estándar.

4x2+25y2=1004x2100+25y2100=100100x225+y24=1

A continuación, determinamos la posición del eje mayor. Porque25>4, el eje mayor está en elx eje -eje. Por lo tanto, la ecuación está en la formax2a2+y2b2=1, dóndea2=25 yb2=4. De ello se deduce que:

  • el centro de la elipse es(0,0)
  • las coordenadas de los vértices son(±a,0)=(±25,0)=(±5,0)
  • las coordenadas de los co-vértices son(0,±b)=(0,±4)=(0,±2)
  • las coordenadas de los focos son(±c,0), dondec2=a2b2. Resolviendo parac, tenemos:

c=±a2b2=±254=±21

Por lo tanto las coordenadas de los focos son(±21,0).

A continuación, trazamos y etiquetamos el centro, vértices, co-vértices y focos, y dibujamos una curva suave para formar la elipse.

12.2.9.png

Figura12.1.10

Ejercicio12.1.4

Grafica la elipse dada por la ecuación49x2+16y2=784. Reescribir la ecuación en forma estándar. Luego identifique y etiquete el centro, vértices, co-vértices y focos.

Contestar

Forma estándar:x216+y249=1; centro:(0,0); vértices:(0,±7); co-vértices:(±4,0); focos:(0,±33)

12.2.9b.png

Figura12.1.11

Graficar elipses no centradas en el origen

Cuando una elipse no está centrada en el origen, aún podemos usar las formas estándar para encontrar las características clave de la gráfica. Cuando la elipse está centrada en algún punto,(h,k), utilizamos las formas estándar(xh)2a2+(yk)2b2=1,a>b para elipses horizontales y(xh)2b2+(yk)2a2=1,a>b para elipses verticales. A partir de estas ecuaciones estándar, podemos determinar fácilmente el centro, vértices, co-vértices, focos y posiciones de los ejes mayor y menor.

Cómo: Dada la forma estándar de una ecuación para una elipse centrada en(h,k), sketch the graph.
  1. Utilice las formas estándar de las ecuaciones de una elipse para determinar el centro, la posición del eje mayor, los vértices, los co-vértices y los focos.
    • Si la ecuación está en la forma(xh)2a2+(yk)2b2=1, dondea>b, entonces
      • el centro es(h,k)
      • el eje mayor es paralelo alx eje -eje
      • las coordenadas de los vértices son(h±a,k)
      • las coordenadas de los co-vértices son(h,k±b)
      • las coordenadas de los focos son(h±c,k)
    • Si la ecuación está en la forma(xh)2b2+(yk)2a2=1, dondea>b, entonces
      • el centro es(h,k)
      • el eje mayor es paralelo aly eje -eje
      • las coordenadas de los vértices son(h,k±a)
      • las coordenadas de los co-vértices son(h±b,k)
      • las coordenadas de los focos son(h,k±c)
  2. Resuelve porc usar la ecuaciónc2=a2b2.
  3. Trace el centro, vértices, co-vértices y focos en el plano de coordenadas y dibuje una curva suave para formar la elipse.
Ejemplo12.1.5: Graphing an Ellipse Centered at (h,k)

Grafica la elipse dada por la ecuación,(x+2)24+(y5)29=1. Identificar y etiquetar el centro, vértices, co-vértices y focos.

Solución

Primero, determinamos la posición del eje mayor. Porque9>4, el eje mayor es paralelo aly eje -eje. Por lo tanto, la ecuación está en la forma(xh)2b2+(yk)2a2=1, dóndeb2=4 ya2=9. De ello se deduce que:

  • el centro de la elipse es(h,k)=(2,5)
  • las coordenadas de los vértices son(h,k±a)=(2,5±9)=(2,5±3), o(2,2) y(2,8)
  • las coordenadas de los co-vértices son(h±b,k)=(2±4,5)=(2±2,5), o(4,5) y(0,5)
  • las coordenadas de los focos son(h,k\pm c), dondec^2=a^2−b^2. Resolviendo parac, tenemos:

\begin{align} c&=\pm \sqrt{a^2−b^2} \nonumber \\[4pt] &=\pm \sqrt{9−4} \nonumber \\[4pt] &=\pm \sqrt{5} \nonumber \end{align} \nonumber

Por lo tanto, las coordenadas de los focos son(−2,5−\sqrt{5}) y(−2,5+\sqrt{5}).

A continuación, trazamos y etiquetamos el centro, vértices, co-vértices y focos, y dibujamos una curva suave para formar la elipse.

12.2.10.png

Figura\PageIndex{12}

Ejercicio\PageIndex{5}

Grafica la elipse dada por la ecuación\dfrac{{(x−4)}^2}{36}+\dfrac{{(y−2)}^2}{20}=1. Identificar y etiquetar el centro, vértices, co-vértices y focos.

Contestar

Centro:(4,2); vértices:(−2,2) y(10,2); co-vértices:(4,2−2\sqrt{5}) y(4,2+2\sqrt{5}); focos:(0,2) y(8,2)

12.2.11.png

Figura\PageIndex{13}

Cómo: Dada la forma general de una ecuación para una elipse centrada en(h, k), express the equation in standard form.
  1. Reconocer que una elipse descrita por una ecuación en la formaax^2+by^2+cx+dy+e=0 es en forma general.
  2. Reorganice la ecuación agrupando términos que contengan la misma variable. Mover el término constante al lado opuesto de la ecuación.
  3. Factorizar los coeficientes de losx^2 yy^2 términos en preparación para completar el cuadrado.
  4. Completar el cuadrado para cada variable para reescribir la ecuación en forma de la suma de múltiplos de dos binomios cuadrados conjunto igual a una constantem_1{(x−h)}^2+m_2{(y−k)}^2=m_3,m_1, dondem_2,, ym_3 son constantes.
  5. Dividir ambos lados de la ecuación por el término constante para expresar la ecuación en forma estándar.
Ejemplo\PageIndex{6}: Graphing an Ellipse Centered at (h, k) by First Writing It in Standard Form

Grafica la elipse dada por la ecuación4x^2+9y^2−40x+36y+100=0. Identificar y etiquetar el centro, vértices, co-vértices y focos.

Solución

Debemos comenzar por reescribir la ecuación en forma estándar.

4x^2+9y^2−40x+36y+100=0

Agrupe los términos que contienen la misma variable y mueve la constante al lado opuesto de la ecuación.

(4x^2−40x)+(9y^2+36y)=−100

Facturar los coeficientes de los términos cuadrados.

4(x^2−10x)+9(y^2+4y)=−100

Completa el cuadrado dos veces. Recuerda equilibrar la ecuación sumando las mismas constantes a cada lado.

4(x^2−10x+25)+9(y^2+4y+4)=−100+100+36

Reescribe como cuadrados perfectos.

4{(x−5)}^2+9{(y+2)}^2=36

Divide ambos lados por el término constante para colocar la ecuación en forma estándar.

\dfrac{{(x−5)}^2}{9}+\dfrac{{(y+2)}^2}{4}=1

Ahora que la ecuación está en forma estándar, podemos determinar la posición del eje mayor. Porque9>4, el eje mayor es paralelo alx eje -eje. Por lo tanto, la ecuación está en la forma\dfrac{{(x−h)}^2}{a^2}+\dfrac{{(y−k)}^2}{b^2}=1, dóndea^2=9 yb^2=4. De ello se deduce que:

  • el centro de la elipse es(h,k)=(5,−2)
  • las coordenadas de los vértices son(h\pm a,k)=(5\pm \sqrt{9},−2)=(5\pm 3,−2), o(2,−2) y(8,−2)
  • las coordenadas de los co-vértices son(h,k\pm b)=(5,−2\pm \sqrt{4})=(5,−2\pm 2), o(5,−4) y(5,0)
  • las coordenadas de los focos son(h\pm c,k), dondec^2=a^2−b^2. Resolviendo parac, tenemos:

\begin{align*} c&=\pm \sqrt{a^2-b^2}\\ &=\pm \sqrt{9-4}\\ &=\pm \sqrt{5} \end{align*}

Por lo tanto, las coordenadas de los focos son(5−\sqrt{5},−2) y(5+\sqrt{5},−2).

A continuación trazamos y etiquetamos el centro, vértices, co-vértices y focos, y dibujamos una curva suave para formar la elipse como se muestra en la Figura\PageIndex{14}.

150621824376404.png

Figura\PageIndex{14}

Ejercicio\PageIndex{6}

Expresar la ecuación de la elipse dada en forma estándar. Identificar el centro, vértices, co-vértices y focos de la elipse.

4x^2+y^2−24x+2y+21=0

Contestar

\dfrac{{(x−3)}^2}{4}+\dfrac{{(y+1)}^2}{16}=1; centro:(3,−1); vértices:(3,−5) y(3,3); co-vértices:(1,−1) y(5,−1); focos:(3,−1−2\sqrt{3}) y(3,−1+2\sqrt{3})

Solución de problemas aplicados que involucran elipses

Muchas situaciones del mundo real pueden ser representadas por elipses, incluyendo órbitas de planetas, satélites, lunas y cometas, y formas de quillas de barcos, timones y algunas alas de avión. Un dispositivo médico llamado litotriptor utiliza reflectores elípticos para romper los cálculos renales mediante la generación de ondas sonoras. Algunos edificios, llamados cámaras susurrantes, están diseñados con cúpulas elípticas para que una persona susurrando en un foco pueda ser escuchada fácilmente por alguien parado en el otro foco. Esto ocurre debido a las propiedades acústicas de una elipse. Cuando una onda de sonido se origina en un foco de una cámara susurrante, la onda de sonido se reflejará desde la cúpula elíptica y volverá al otro foco (Figura\PageIndex{15}). En la cámara de susurros del Museo de Ciencia e Industria en Chicago, dos personas paradas en el foco, a unos43 pies de distancia, pueden escucharse susurrar entre sí.

CNX_Precalc_Figure_10_01_013.jpg

Figura\PageIndex{15}: Las ondas sonoras se reflejan entre focos en una habitación elíptica, llamada cámara susurrante.

Ejemplo\PageIndex{7}: Locating the Foci of a Whispering Chamber

El Salón Estatuario en el Capitolio en Washington, D.C. es una cámara susurrante. Sus dimensiones son46 pies de ancho por96 pies de largo como se muestra en la Figura\PageIndex{16}.

  1. ¿Cuál es la forma estándar de la ecuación de la elipse que representa el contorno de la habitación? Pista: asume una elipse horizontal, y deja que el centro de la habitación sea el punto(0,0).
  2. Si dos senadores parados en los focos de esta sala pueden oírse susurrar, ¿a qué distancia están los senadores? Redondear al pie más cercano.

12.2.13.png

Figura\PageIndex{16}

Solución

  1. Estamos asumiendo una elipse horizontal con centro(0,0), así que necesitamos encontrar una ecuación de la forma\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1, dóndea>b. Sabemos que la longitud del eje mayor,2a, es mayor que la longitud del eje menor,2b. Por lo que la longitud de la habitación, 96, está representada por el eje mayor, y el ancho de la habitación, 46, está representado por el eje menor.

    Por lo tanto, la ecuación de la elipse es\ [(dfrac {x^2} {2304} +\ dfrac {y^2} {529} =1\)

    • Resolviendo paraa, tenemos2a=96, entoncesa=48, ya^2=2304.
    • Resolviendo parab, tenemos2b=46, entoncesb=23, yb^2=529.
  2. Para encontrar la distancia entre los senadores, debemos encontrar la distancia entre los focos,(\pm c,0), dóndec^2=a^2−b^2. Resolviendo parac, tenemos:

\begin{align*} c^2&=a^2-b^2\\ c^2&=2304-529\qquad \text{Substitute using the values found in part } (a)\\ c&=\pm \sqrt{2304-529}\qquad \text{Take the square root of both sides.}\\ c&=\pm \sqrt{1775}\qquad \text{Subtract.}\\ c&\approx \pm 42\qquad \text{Round to the nearest foot.} \end{align*}

Los puntos(\pm 42,0) representan los focos. Así, la distancia entre los senadores es2(42)=84 pies.

Ejercicio\PageIndex{7}

Supongamos que una cámara susurrante tiene480 pies de largo y320 pies de ancho.

  1. ¿Cuál es la forma estándar de la ecuación de la elipse que representa la habitación? Pista: asume una elipse horizontal, y deja que el centro de la habitación sea el punto(0,0).
  2. Si dos personas están paradas en los focos de esta habitación y se escuchan susurrar, ¿a qué distancia está la gente? Redondear al pie más cercano.
Contestar a

\dfrac{x^2}{57,600}+\dfrac{y^2}{25,600}=1

Respuesta b

La gente está a358 pies de distancia.

Medios

Acceda a estos recursos en línea para obtener instrucción adicional y practicar con elipses.

Ecuaciones Clave

Elipse horizontal, centro en origen \dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1,a>b
Elipse vertical, centro en origen \dfrac{x^2}{b^2}+\dfrac{y^2}{a^2}=1,a>b
Elipse horizontal, centro(h,k) \dfrac{{(x−h)}^2}{a^2}+\dfrac{{(y−k)}^2}{b^2}=1,a>b
Elipse vertical, centro(h,k) \dfrac{{(x−h)}^2}{b^2}+\dfrac{{(y−k)}^2}{a^2}=1,a>b

Key Concepts

  • An ellipse is the set of all points (x,y) in a plane such that the sum of their distances from two fixed points is a constant. Each fixed point is called a focus (plural: foci).
  • When given the coordinates of the foci and vertices of an ellipse, we can write the equation of the ellipse in standard form. See Example \PageIndex{1} and Example \PageIndex{2}.
  • When given an equation for an ellipse centered at the origin in standard form, we can identify its vertices, co-vertices, foci, and the lengths and positions of the major and minor axes in order to graph the ellipse. See Example \PageIndex{3} and Example \PageIndex{4}.
  • When given the equation for an ellipse centered at some point other than the origin, we can identify its key features and graph the ellipse. See Example \PageIndex{5} and Example \PageIndex{6}.
  • Real-world situations can be modeled using the standard equations of ellipses and then evaluated to find key features, such as lengths of axes and distance between foci. See Example \PageIndex{7}.

Contributors and Attributions


This page titled 12.1: La elipse is shared under a CC BY 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by OpenStax via source content that was edited to the style and standards of the LibreTexts platform.

Support Center

How can we help?