Aprende · Curvas cónicas

Elipse

La elipse es la cónica que más cae en la PAU. Casi todo sale de su definición (la suma de distancias a los focos es 2a) y de sus circunferencias principal y focales.

La idea: el jardinero y la cuerda

Clava dos estacas en el suelo y ata una cuerda más larga que la distancia entre ellas. Con un palo tensa la cuerda y da una vuelta. La curva que dibujas es una elipse. Las dos estacas son los focos, y la longitud de la cuerda es el eje mayor, 2a.

PF₁ + PF₂ = 2a

Con esta sola idea se resuelve casi todo.

Sus elementos

a² = b² + c²

De aquí sale la relación más útil de todas. ¿Dónde está el extremo C del eje menor? Es un punto de la elipse, a la misma distancia de los dos focos. Por tanto, cada distancia vale la mitad de 2a. Así que el vértice del eje menor está a distancia a de los focos.

Dibujarla por radios vectores

Aplica la definición: para cualquier punto N, los dos trozos de AB suman 2a. Por tanto, se pueden usar como radios desde los focos.

  1. Marca un punto N entre los focos.
  2. Con centro en F₁ y radio AN, y con centro en F₂ y radio NB, traza arcos. Se cortan en dos puntos.
  3. Intercambia los radios. Salen otros dos puntos.
  4. Repite con otros N y une con la plantilla.

Elipse por radios vectores: Cada N da cuatro puntos.

Dibujarla por afinidad

Es otro método muy cómodo: dos circunferencias concéntricas de radios a y b. Cada radio corta a la grande y a la pequeña. Desde la grande baja una paralela al eje menor, y desde la pequeña sale una paralela al eje mayor. Se cruzan en un punto de la elipse. Funciona porque la elipse es una circunferencia achatada.

Elipse por circunferencias concéntricas: Cada radio da un punto.

Hallar los ejes

Con los focos y un punto

PF₁ + PF₂ es la cuerda. Se llevan seguidos para obtener 2a, y de ahí sale todo.

Elipse por focos y un punto: 2a es la suma de los radios vectores de P.

Con dos diámetros conjugados

Dos diámetros son conjugados si cada uno es paralelo a las tangentes en los extremos del otro. Es lo que sale al ver un círculo en perspectiva. Para hallar los ejes se usa la construcción de Rytz:

  1. Gira OP 90° hacia Q. Sale P'. Une P' con Q y halla su punto medio M.
  2. Con centro en M y radio MO, corta la recta P'Q en R y S.
  3. El eje mayor va por O y R y su semieje mide QS. El menor va por O y S y su semieje mide QR.

Construcción de Rytz: De dos diámetros conjugados a los ejes.

Tangente en un punto

La tangente es la bisectriz exterior de los radios vectores. Tiene un sentido físico muy bonito: un rayo de luz que sale de un foco rebota en la elipse y pasa por el otro foco. Por eso, en algunas salas elípticas, un susurro cruza toda la habitación.

Tangente y normal: La tangente es la mediatriz de F₂F₂'.

Errores típicos

Comprueba si lo has entendido

2a = 100 y un punto está a 30 de F₁. ¿A qué distancia está de F₂? A 70.

a = 50 y b = 30. ¿Cuánto vale c? 40.

¿A qué distancia de los focos está C? A a.

Resumen para repasar

Las cónicas

La elipse, la parábola y la hipérbola son las secciones de un cono de revolución por un plano que no pasa por el vértice: si el plano corta a todas las generatrices, elipse; si es paralelo a una, parábola; si es paralelo a dos, hipérbola. Todas se definen por sus focos y sus directrices, y en todas la tangente en un punto es bisectriz de los radios vectores.

Elipse

La elipse es el lugar de los puntos cuya suma de distancias a los dos focos es constante e igual al eje mayor 2a. Los vértices del eje menor están a distancia a de los focos. La circunferencia principal (centro O, radio a) contiene los pies de las perpendiculares desde los focos a las tangentes; las focales (centro en un foco, radio 2a) se usan para tangentes e intersecciones.

PF₁ + PF₂ = 2a · a² = b² + c²

  1. Por radios vectores: marca un punto N entre los focos.
  2. Con centro en F₁ y radio AN, y con centro en F₂ y radio NB, traza arcos: se cortan en dos puntos de la elipse.
  3. Intercambia los radios y repite con más puntos N.
  4. Une los puntos con la plantilla de curvas.

Diámetros conjugados

Dos diámetros de una elipse son conjugados si cada uno es paralelo a las tangentes en los extremos del otro. Los ejes son el único par de conjugados perpendiculares. Conocidos dos diámetros conjugados se pueden hallar los ejes (construcción de Rytz) o dibujar la elipse por afinidad.

Ejercicios resueltos