在双曲线 xy = 5 上最小化 f (x, y) = x 2 + y 2
直圆锥与平面相交所产生的曲线称为圆锥截面。如果一个平面垂直于圆锥轴,则产生圆。不垂直于轴且仅与单个推覆相交的平面,则产生的曲线要么是椭圆,要么是抛物线。由与两个推拉相交的平面产生的曲线然后产生双曲线。椭圆和双曲线也称为中心圆锥曲线。
要记住的术语
- 顶点:圆锥曲线上的极值点。
- 轨迹:坐标满足给定方程的所有点的集合。
- 焦点:它是从曲线反射的光线会聚的固定点。
- 后背:是双锥的一半。
- 准线:它是用于构造圆锥曲线的固定线。
- 偏心率:它是衡量圆锥截面偏离圆形多少的参数。
圆锥截面的类型
根据圆锥的切割方式,形成了不同类型的圆锥截面。它可以形成圆、椭圆、抛物线或双曲线。下图显示了不同的圆锥截面是如何形成的。让我们用适当的定义更详细地看一下这些部分。
- 抛物线
它是一种圆锥截面,其中该平面中的点的轨迹与准线和焦点的距离相等。
偏心率e = 1。
General equation: Y = 4aX, a > 0
- 椭圆
它是以这样一种方式的点集,即从椭圆上的任何点到另一个固定点(Foci)的距离之和是恒定的。
偏心率e < 1。
General equation: X2⁄a2 + Y2/b2 = 1
- 圆圈
它被定义为通过跟踪在平面中移动的点形成的闭合形状,使得它与给定点的距离是恒定的。
偏心率e = 0。
General equation: X2 + Y2 = a2
- 双曲线
它是平面中所有这些点的轨迹,它们与平面中两个固定点(焦点)的距离差是一个常数。它有两个焦点和两个准线。它有两条渐近线,它们是形成双曲线接近但从未接触过的X(十字)的直线。
偏心率e > 1。
General equation: X2/a2 – Y2/b2 = 1
在双曲线 xy = 5 上最小化 f (x, y) = x 2 + y 2 。
解决方案:
f(X, Y) = X2 + Y2 ⇢ (i)
XY = 5
Y = 5/X ⇢ (ii)
f(X) = X2+ (5/X)2 ⇢ (by putting equation1 into equation 2)
f'(X) = 2X + 25(-2/X3) ⇢ (1st derivative of equation)
Now, 2X + 25(-2/X3) = 0
2X – 50/X3 = 0
2X4 – 50 = 0
X4 = 50/2
X4 = 25
X2 = ±√25
X2 = ±5 ⇢ [as X2 can’t be -ve]
X = ±√5
Y = 5/ ±√5 ⇢ [put the value of X into equation (ii)
Y = ±(√5 × √5)/ √5
Y = ±√5
(X, Y) = (√5 ,√5) & (-√5, -√5)
Minimum value: X2 + Y2 = (±√5 )2+ (±√5)2 = 10
类似问题
问题1:求点(6,-5)相对于双曲线x 2 /a 2 – y 2 /b 2 = 1 的位置?
解决方案:
We know that point p(x1, y2) lies
Outside, x2/a2 – y2/b2 – 1 < 0
Inside, x2/a2 – y2/b2 – 1 < 0
So, x12/a2 – y21/b2 – 1
= 62/9 – (-5)2/25 – 1
= 36/9 – 25/25 – 1
= 2
Since 2 > 0
Therefore point (6, -5) lies inside the given equation of hyperbola.
问题 2:求双曲线 4x 2 – 9y 2 -8x = 32 的离心率?
解决方案:
4x2 – 9y2 – 8x = 32
4(x2 – 2x ) – 9y2 = 32
4(x2 – 2x + 1) – 9y2 = 32 + 4 [adding 4 both sides]
4(x2 – 2x + 1) – 9y2 = 36
[(x -1)2]/9 – [y2]/4 = 1
a2 = 9 , b2 = 4
e = [1 + b2/a2]1/2
e = (1 + 4/9)1/2
e = (13/9)1/2
e = (√13)/3
Therefore, e = (√13)/3
问题3:如果双曲线的中心、顶点和轨迹分别为(0, 0)、(4, 0)和(6, 0),那么求双曲线的方程?
解决方案:
Center (0, 0)
Vertex (4, 0)
Focus (6, 0)
So, a = 4
ae = 6
e = 6/4 =3/2
For hyperbola,
e = √(1+ b2/a2) = 3/2
9/4 = 1 + b2/16
b2/16 = 5/4
b2 = 20
x2/16 – y2/20 = 1
5x2 – 4 y2 = 80.
Therefore, equation will be 5x2 – 4y2 = 80.
问题4:假设一条双曲线的轨迹为8,其偏心率为3/√5。找到双曲线方程?
解决方案:
Eccentricity (e) = 3/√5
b2/a2 = 4/5 ⇢ (1)
Latus rectum = 8
2(b2)/a = 8
b2/a = 4 ⇢ (2)
Dividing (2) by (1)
(b2/a2 )/(b2/a) = (4/5)/4
b2 = 20
So, a2 = 25 ,b2=20
Equation of hyperbola:
x2/25 – y2/20 = 1
(4x2 – 5y2)/100 = 1
4x2 – 5y2 = 100
Therefore equation will be 4x2– 5y2 = 100
问题 5:从任一焦点绘制的垂线的脚轨迹在双曲线 16y 2 – 9x 2 = 1 的可变切线上?
解决方案:
16y2 – 9x2 = 1
9x2 – 16y2 = -1
x2/(1/339) – y2/(1/16) = -1
For conjugate hyperbola equation of auxiliary circle is: x2 + y2 = b2
So, b2 = 1/16
Equation will be x2 + y2 = 1/16
问题 6:求双曲线的横轴长度,当到双曲线上任意一点的垂直距离 x 2 /a 2 – y 2 /b 2 = 1 其渐近线上有偏心率 e = √3 时,它的乘积相等到 6。
解决方案:
Eccentricity (e)2 = (a2/b2 ) + 1
(√3)2 = (a2/b2) + 1
3 = (a2/b2) + 1
(a2/b2) = 2
(a2) = 2b2
Product of perpendicular = (a2b2)/a2 +b2
[2b2 × b2]/(2b2 + b2) = 6
[2b2 × b2]/(3b2) = 6
2b2 = 18
b2 = 9
b = ± 3
Therefore Length = 2 × 3 = 6