1. Уравнение
(1) содержит и
только
в четных степенях, поэтому если точка
принадлежит
эллипсу, то ему принадлежат точки
,
,
. (Это
легко проверить. Если подставить данные координаты точек в уравнение (1), то
будем получать верное равенство. Провести проверку, ученикам лучше
самостоятельно. С целью повторения свойства четных степеней).
Отсюда следует, что эллипс симметричен относительно осей и
, а
также относительно точки
, которую называют центром
эллипса.
2. Найдем
точки пересечения эллипса с осями координат. Положив ,
находим две точки
и
, в
которых ось
пересекает эллипс (см. рис.7). Положив
, находим точки пересечения эллипса с осью
:
и
. Точки
,
,
,
называются
вершинами эллипса. Отрезки
и
, а также их длины
и
называют соответственно большой и малой
осями эллипса. Числа
и
соответственно большой и малой полуосями
эллипса.
Рис.7.
3. Из уравнения (1) следует, что каждое
слагаемое левой части не превосходит единицы, т.е. имеют место равенства и
или
и
.
Следовательно, все точки эллипса лежат внутри прямоугольника, образованного
прямыми
,
.
4. Форма эллипса зависит от отношения. При
эллипс
превращается в окружность, уравнение эллипса принимает вид
. В качестве характеристики формы эллипса
чаще пользуются отношением
.
Определение: Отношение половины
расстояния между фокусами к большой полуоси эллипса называется эксцентриситетом
эллипса и обозначается буквой
:
(2)
причем , так как
.
Приведем формулу (2) к другому виду
т.е.
и
.
Отсюда
видно, что чем меньше эксцентриситет эллипса, тем эллипс будет менее
сплющенным; если положить , то эллипс превращается
в окружность.
Определение:
Пусть — произвольная
точка эллипса с фокусами
. Длины отрезков
и
называются
фокальными радиусами точки
. Очевидно,
.
Определение: Прямые называются директрисами
эллипса. (Рис. 8.)
Рис. 8.
Теорема 1. Если —
расстояние от произвольной точки эллипса до какого-нибудь фокуса,
— расстояние от
этой точки до соответствующей этому фокусу директрисы, то отношение
, есть постоянная величина, равная
эксцентриситету эллипса:
.
Определение: Касательной к эллипсу называется прямая, имеющая с эллипсом только одну общую точку.
Теорема 2. Пусть — произвольная точка эллипса с фокусами
. Тогда касательной к
эллипсу, проходящей через точку
, является прямая, содержащая биссектрису угла,
смежного с углом
.
Доказательство. Докажем, что прямая содержащая биссектрису
угла, смежного с углом
,
будет касательной к эллипсу (рис. 9). Обозначим
.
Рассмотрим точку на прямой
, для которой
. Тогда прямая
будет серединным перпендикуляром к отрезку
.(Так как треугольник
- равнобедренный, по построению,
. Прямая
- биссектриса угла
, следовательно, для
треугольника
она является медианой и высотой).
Для произвольной точки прямой
, отличной от
, имеем:
и
Применим «неравенство треугольника» к треугольнику :
.
По построению .
Имеем, что
Рис.9.
А
это означает, что точка не принадлежит эллипсу, следовательно, прямая
имеет только одну общую точку
с эллипсом, то
есть является касательной.
Фокальное свойство:
Если источник света поместить в один из фокусов эллипса, то лучи, отразившись от эллипса, соберутся в другом его фокусе.
Воспользуемся тем, что угол падения света равен углу отражения, и тем, что от кривой свет отражается так же, как от касательной, проведенной в точку падения.
2.2.3. Лабораторная работа
«Различные способы получения эллипса»
Необходимые инструменты: Бумага, ножницы, циркуль, линейка, карандаш, картон, сковорода, прямоугольник.
Способ 1.
Получения эллипса из листа бумаги.
Вырежем из бумаги большой круг и в любом его месте, отличном от центра, поставим точку F.
Рис.10.
Сложим
круг так, чтобы эта точка совместилась с какой-нибудь точкой F' окружности круга и на бумаге
образовалась линия сгиба (рис. 10). Линия сгиба будет серединным перпендикуляром к
отрезку FF' и, следовательно, касательной к эллипсу. Разогнем круг и снова
согнем его, совместив точку Fс другой точкой окружности круга. Сделаем так несколько
раз, пока вся бумага не покроется линиями сгибов. Линии сгибов будут
касательными к эллипсу. Граница участка внутри этих сгибов будет иметь форму
эллипса.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.