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.