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17. Die Kegelschnitte 17.1 Die Ellipse Die quadratische Form q = c11x2 + c22y2 mit sgn c11 = sgn c22 = sgn q, d. h. alle Vorzeichen sind gleich, heißt Ellipse und im Grenzfall c11 = c22 Kreis. Durch Streckung kann jede Ellipse in einen Kreis überführt werden. Analog entsteht eine Ellipse, wenn ein Kreis in einer Richtung gestreckt wird. Durch Umbenennung der Koeffizienten q c 11 = a2, q c 22 = b2 erhält man die implizite Mittelpunktsgleichung der Ellipse 17.1 Die Ellipse Die quadratische Form q = c11x2 + c22y2 mit sgn c11 = sgn c22 = sgn q, d. h. alle Vorzeichen sind gleich, heißt Ellipse und im Grenzfall c11 = c22 Kreis. Durch Streckung kann jede Ellipse in einen Kreis überführt werden. Analog entsteht eine Ellipse, wenn ein Kreis in einer Richtung gestreckt wird. 17.1 Die Ellipse Die quadratische Form q = c11x2 + c22y2 mit sgn c11 = sgn c22 = sgn q, d. h. alle Vorzeichen sind gleich, heißt Ellipse und im Grenzfall c11 = c22 Kreis. Durch Streckung kann jede Ellipse in einen Kreis überführt werden. Analog entsteht eine Ellipse, wenn ein Kreis in einer Richtung gestreckt wird. Durch Umbenennung der Koeffizienten q c 11 = a2, q c 22 = b2 1=( x 2 a ) + erhält man die implizite Mittelpunktsgleichung der Ellipse y 2 ( ) b 1=( x 2 a ) + ( y )2 (17.1) b OBdA sei a ≥ b: Dann heißt a große Halbachse und b kleine Halbachse der Ellipse. 2a ist die Hauptachse, 2b die Nebenachse. Für a = b = r heißt r Radius und 2r Durchmesser des Kreises. Umformung der impliziten Mittelpunktsgleichung ergibt die explizite Mittelpunktsgleichung für die Ellipse y=± b a 2 a x b und für den Kreis a y= ± r 2 2 b2 x (17.2) a (17.3) Die liegende Ellipse geht somit aus einem Kreis mit x 2dem Radius y 2 r=a 1 = Faktor ( ) b/a + (= b/r ) hervor. durch Stauchung seiner y-Koordinaten um den a (Eine Streckung um einen Faktor kleiner als 1 wird auch bStauchung genannt.) 1=( x 2 a ) + ( y )2 b (17.1) OBdA sei a ≥ b: Dann heißt a große Halbachse und b kleine Halbachse der Ellipse. 2a ist die Hauptachse, 2b die Nebenachse. Für a = b = r heißt r Radius und 2r Durchmesser des Kreises. Umformung der impliziten Mittelpunktsgleichung ergibt die explizite Mittelpunktsgleichung für die Ellipse y=± b a 2 a x 2 (17.2) und für den Kreis y= ± r 2 x 2 (17.3) Die liegende Ellipse geht somit aus einem Kreis mit dem Radius r = a durch Stauchung seiner y-Koordinaten um den Faktor b/a = b/r hervor. (Eine Streckung um einen Faktor kleiner als 1 wird auch Stauchung genannt.) 1=( x 2 a ) + ( y )2 b (17.1) OBdA sei a ≥ b: Dann heißt a große Halbachse und b kleine Halbachse der Ellipse. 2a ist die Hauptachse, 2b die Nebenachse. Für a = b = r heißt r Radius und 2r Durchmesser des Kreises. Umformung der impliziten Mittelpunktsgleichung ergibt die explizite Mittelpunktsgleichung für die Ellipse y=± b a 2 a x 2 (17.2) und für den Kreis y= ± r 2 x 2 (17.3) Die liegende Ellipse geht somit aus einem Kreis mit dem Radius r = a durch Stauchung seiner y-Koordinaten um den Faktor b/a = b/r hervor. (Eine Streckung um einen Faktor kleiner als 1 wird auch Stauchung genannt.) Abb. 17.1 Ellipse und Kreis vom Radius r = a. Da jedes Flächenelement der Ellipse um den Faktor b/a verkleinert wird, geht die Fläche A der Ellipse aus der des Kreises hervor: AEllipse = b a AKreis = b a a2 = ab. (17.4) Die Schnittpunkte des Ellipsenrandes mit den Achsen heißen Scheitel. Die Hauptscheitel liegen auf der (längeren) Hauptachse, die Nebenscheitel auf der (kürzeren) Nebenachse. Bei der Ellipse bezeichnet man e= a 2 b 2 (17.5) als lineare Exzentrizität. Die lineare Exzentrizität des Kreises ist e = 0. Die im Abstand e vom Mittelpunkt M auf der Hauptachse gelegenen Punkte F1 und F2 heißen Brennpunkte. Die Schnittpunkte des Ellipsenrandes mit den Achsen heißen Scheitel. Die Hauptscheitel liegen auf der (längeren) Hauptachse, die Nebenscheitel auf der (kürzeren) Nebenachse. Bei der Ellipse bezeichnet man e= a 2 b 2 (17.5) als lineare Exzentrizität. Die lineare Exzentrizität des Kreises ist e = 0. Die im Abstand e vom Mittelpunkt M auf der Hauptachse gelegenen Punkte F1 und F2 heißen Brennpunkte. Wegen e2 + b2 = a2 - b2 + b2 = a2 ist die Strecke zwischen einem Brennpunkt und einem Nebenscheitel gleich a. Das Verhältnis von linearer Exzentrizität und großer Halbachse = e a heißt numerische Exzentrizität. Für jede Ellipse ist < 1. (17.6) Wegen e2 + b2 = a2 - b2 + b2 = a2 ist die Strecke zwischen einem Brennpunkt und einem Nebenscheitel gleich a. Das Verhältnis von linearer Exzentrizität und großer Halbachse = e a heißt numerische Exzentrizität. Für jede Ellipse ist < 1. (17.6) r12 = (e + x)2 + y2 = e2 + 2ex + x2 + b 2 a 2 (a2 - x2) = a2 - b2 + 2ex + x2 + b2 = a 2 b a = e 2 b 2 a 2 2 x2 + 2ex + a2 2 2 x2 + 2ex + a2 a e = ( x + a)2 a r1 = a + x r22 = (e - x)2 + y2 r2 = a - x Die Summe der Radiuslängen ist daher r1 + r2 = 2a x2 Gärtner- oder Fadenkonstruktion der Ellipse nach Anthemios von Tralleis, † vor 558 n. Chr. Erbauer der Hagia Sophia in Konstantinopel Gärtner- oder Fadenkonstruktion der Ellipse nach Anthemios von Tralleis, † vor 558 n. Chr. Erbauer der Hagia Sophia in Konstantinopel y=± y b =± b a 2 2 x a a a x 2 2 17.1 x = 0 ist die Gleichung der y-Achse in der x,y-Ebene. Welche Geraden beschreiben die folgenden Gleichungen in der x,y-Ebene? x-3=0 y+5=0 y - 2 = 3(x - 5) + 3 y = 3x -10 y 0 3 -5 -10 x 17.2 x2 + y2 = 0 ist die Ursprungsgleichung eines entarteten Kreises, also eines Punktes. Welche Punkte beschreiben (x - 3)2 + y2 = 0 x2 + (y + 5)2 = 0 (x + 1)2 + (y - 2)2 = 0 y 2 -1 3 -5 x y2 = p b 2 a 2 b 2 [a 2 2 (x a) ] = b 2 a 2 (a 2 x 2 2 2 xa a ) = b 2 a (2 x x 2 ) a (17.10) a heißt Parameter der Ellipse. Damit erhält man die Scheitelgleichung y 2 2 px p a x 2 2 2 px (1 ) x 2 Für den Kreis mit Radius r ergibt sich analog die Scheitelgleichung y2 = r2 - (x - r)2 = r2 - x2 + 2rx - r2 = 2rx - x2 Für x 0 sind quadratische Glieder vernachlässigbar. Beide Kurven stimmen dann überein, wenn r = p. y2 = r2 - (x - r)2 = r2 - x2 + 2rx - r2 = 2rx - x2 Für x 0 sind quadratische Glieder vernachlässigbar. Beide Kurven stimmen dann überein, wenn r = p. Abb. 17.6 Ellipse mit Schmiegekreis. In den Scheitel der Halbachse a kann man einen Schmiegekreis des Radius p einbeschreiben. p heißt daher Scheitelkrümmungsradius ra ra b 2 a p rb a 2 b y2 = r2 - (x - r)2 = r2 - x2 + 2rx - r2 = 2rx - x2 Für x 0 sind quadratische Glieder vernachlässigbar. Beide Kurven stimmen dann überein, wenn r = p. Abb. 17.6 Ellipse mit Schmiegekreis. In den Scheitel der Halbachse a kann man einen Schmiegekreis des Radius p einbeschreiben. p heißt daher Scheitelkrümmungsradius ra ra b 2 a p rb a 2 b y2 = r2 - (x - r)2 = r2 - x2 + 2rx - r2 = 2rx - x2 Für x 0 sind quadratische Glieder vernachlässigbar. Beide Kurven stimmen dann überein, wenn r = p. Abb. 17.6 Ellipse mit Schmiegekreis. In den Scheitel der Halbachse a kann man einen Schmiegekreis des Radius p einbeschreiben. p heißt daher Scheitelkrümmungsradius ra ra b 2 a p rb a 2 b Polargleichung cos = e x r x = rcos - e Die Länge des unter dem Winkel zur Hauptachse liegenden Radius r ist r = a + x, so dass Mit r = a + rcos - e e = e 2 a = a 2 b a 2 = a - p folgt r(1 - cos) = p und damit die von der Wahl des Koordinatensystems unabhängige Polargleichung der Ellipse r= p 1 cos Die Ordinate in den Brennpunkten (cos = 0) ist |y| = p. Polargleichung cos = e x r x = rcos - e Die Länge des unter dem Winkel zur Hauptachse liegenden Radius r ist r = a + x, so dass Mit r = a + rcos - e e = e 2 a = a 2 b a 2 = a - p folgt r(1 - cos) = p und damit die von der Wahl des Koordinatensystems unabhängige Polargleichung der Ellipse r= p 1 cos Die Ordinate in den Brennpunkten (cos = 0) ist |y| = p. Polargleichung cos = e x r x = rcos - e Die Länge des unter dem Winkel zur Hauptachse liegenden Radius r ist r = a + x, so dass Mit r = a + rcos - e e = e 2 a = a 2 b a 2 = a - p folgt r(1 - cos) = p und damit die von der Wahl des Koordinatensystems unabhängige Polargleichung der Ellipse r= p 1 cos Die Ordinate in den Brennpunkten (cos = 0) ist |y| = p. 17.11 Eine Ellipse besitzt den Parameter p = 30/7 und die numerische Exzentrizität = 4/7. Skizzieren Sie einige Punkte beider Äste der Ellipse mit Hilfe der Polargleichung. Berechnen Sie a, b und die lineare Exzentrizität e. r 0° 30° 10 8,48 60° 90° 180° 6 30/7 30/11 2a = 140/11 a = 6,36 b = ap = 5,22 e = 3,63 r() = p 1 - cos = 30 7 - 4cos Der Radiusvektor r vom Brennpunkt F1 unter dem Winkel kann auch durch seine Komponenten ausgedrückt werden. Damit gelangen wir zur Parameterform der Polargleichung: rx = p cos ry = 1 cos p sin 1 cos Mit den Koordinaten x und y der Mittelpunktsgleichung besteht der Zusammenhang rx = x + e und ry = y Eine weitere Definition der Ellipse geht von einer Leitgeraden L und einem nicht auf ihr liegenden Brennpunkt F aus. Die Ellipse ist der geometrische Ort aller Punkte, deren Abstände d von L und r von F, im Verhältnis stehen: r d Mit r = =<1 (17.13) p und d = f + rcos 1 cos ergibt sich die Bedingung 1 = d r = f r + cos = f p - f p cos + cos = const. Diese Bedingung ist erfüllbar und erfüllt für f = p = Der Abstand zwischen Scheitel und Brennpunkt ist r() = a - e = p 1 1 r () = 1 f + 1 p a b 2 2 b 2 Abb. 17.9 Übersicht: Von kartesischen Koordinaten unabhängige Größen der Ellipse. 17.3 Wo schneiden sich die Ellipsen 1 = (x/10)2 + (y/5)2 und 1 = ((x - 5)/10)2 + (y/5)2 ? 1=1 (x/10)2 + (y/5)2 = ((x - 5)/10)2 + (y/5)2 (x/10)2 = ((x - 5)/10)2 x2 = (x - 5)2 x2 = x2 -10x + 25 0 = -10x + 25 x = 2,5 y2 = 25 - (x/2)2 y = 4,84 -10 y -5 10 15 x 17.4 Wo schneiden sich die quadratische y2 = 25 - (x/2)2 und die lineare Form y = 2x + 1? Skizzieren Sie die Formen! y2 = 25 - (x/2)2 = (2x + 1)2 100 - x2 = 16x2 + 16x + 4 17x2 + 16x - 96 = 0 x2 + x(16/17) - 96/17 = 0 x = -8/17 (8/17)2 + 96/17 x1 = 1,95 x2 = -2,89 y y1 = 4,90 y2 = -4,78 -10 10 x 17.6 Eine Ellipse besitzt Parameter p = 3,2 und Fläche A = 20 . a) Bestimmen Sie die Halbachsen und geben Sie die explizite Mitttelpunktsgleichung an, so dass die Hauptachse in der x-Achse liegt . p = b2/a A = ab pA = b3 = 64 b=4 a = b2/p = 16/3,2 = 5 oder a = A/b = 20/4 = 5 Die explizite Mittelpunktsgleichung lautet y=± b a a 2 x 2 =± 4 5 25 x 2 4 5 b) Wie lautet diese Gleichung, wenn die Ellipse soweit verschoben wird, dass ihr linker Scheitel die Koordinaten x = 2 und y = 2 besitzt? Der linke Scheitel besitzt in der Mittelpunktsform die Koordinaten (-5|0). Wegen (2|2) - (-5|0) = (7|2) muß die Ellipse um 7 Einheiten in x-Richtung und um 2 Einheiten in y-Richtung verschoben werden, damit ihr linker Scheitel die Koordinaten (2|2) besitzt. Um die quadratische Form nicht zu verändern, müssen diese Strecken von den Koordinaten wieder abgezogen werden: y-2=± 4 5 y=± b a a 2 25 ( x 7 ) x 2 =± 4 5 2 4 25 x 2 5 Man überzeugt sich leicht, dass z.B. für x = 2 die Bedingung y = 2 erfüllt ist. 17.6 Eine Ellipse besitzt Parameter p = 3,2 und Fläche 20 . c) Bestimmen Sie lineare und numerische Exzentrizität der Ellipse. d) Bestimmen Sie den Abstand ihrer Brennpunkte. Die lineare Exzentrizität der Ellipse ist e = a2 – b2 = 25 - 16 = 3 Die numerische Exzentrizität ist = e/a = 3/5 Der Abstand der Brennpunkte ist 2e = 6. 17.7 Die Fläche einer Ellipse beträgt A = 50 , ihre numerische Exzentrizität ist = (3)/2. Im Mittelpunkt der Ellipse ist eine Höhe h = 10 errichtet. Von ihrem oberen Punkt führen Geraden zu den Scheiteln der Ellipse. Wie groß ist der Winkel zwischen zwei benachbarten Geraden? s A = ab ab = 50 2 = 1- b2/a2 = 3/4 b2/a2 = 1/4 b/a = 1/2 t b = 5, a = 10 h= 0 0 10 cos(r,s) = r= r s 10 0 10 = s= 100 0 5 10 t= 10 0 10 h r u u= 0 5 10 = 0,4 (r,s) = 50,8° |r|| 200 125 s| Alle gefragten Winkel sind gleich. (Andere Winkel wie (r,h) oder (r,t) können nach demselben Schema berechnet werden.) 17.8 a) Berechnen Sie die charakteristischen Größen (a, b, e, ) für eine Ellipse, deren Fläche A = 25 beträgt und deren Schmiegekreis im Hauptscheitel den Radius r = 2 besitzt. b) Der Mittelpunkt der Ellipse besitzt die Koordinaten (1|-3). Wie lautet die implizite Mittelpunktsgleichung dieser Ellipse? r = p = b2/a A = ab r= b3/A b = 2,515 a = 3,164 e = 1,919 = 0,605 2 1= (x - 1) 3,16 2 2 + (y + 3) 2,52 2 17.8 a) Berechnen Sie die charakteristischen Größen (a, b, e, ) für eine Ellipse, deren Fläche A = 17 beträgt und deren Schmiegekreis im Hauptscheitel den Radius r = 2 besitzt. b) Der Mittelpunkt der Ellipse besitzt die Koordinaten (1|-3). Wie lautet die implizite Mittelpunktsgleichung dieser Ellipse? r = p = b2/a A = ab r= b3/A b = 2,21 a = 2,45 e = 1,05 = 0,427 2 1= (x - 1) 2,45 2 2 + (y + 3) 2,21 2 17.12 Die Polargleichung einer Ellipse liefert r(0) = 10, r(/3) = 6. Was wissen Sie über diese Ellipse? r() = p 1 - cos p r(0) = 10 = r(60°) = 6 = 1- p 1 - /2 e + a = 10 e/a = 4/7 4a/7 + a = 10 a = 70/11 e = a4/7 = 40/11 =e+a = 1 – p/10 = 4/7 = 2 – p/3 1 - p/10 = 2 - p/3 p/3 - p/10 = 1 10p/30 - 3p/30 = 1 p = 30/7 b = pa = 17.2 Die Parabel Wir vergrößern eine gegebene Ellipse, indem wir b mit dem Faktor k und a mit dem Faktor k multiplizieren. Wenn k immer weiter wächst, so folgt im Grenzfall k für die numerische Exzentrizität = lim k 2 k a 2 kb ka 2 = lim k a 2 b a 2 /k =1 (17.16) Für = 0 liegt wegen b = a = r ein Kreis vor. Wächst an, so ergibt sich eine immer stärker gestreckte Ellipse. Für = 1 muss in (17.16) ka gehen. Dieser Grenzfall heißt Parabel. Durch Koordinatentransformation kann ein Scheitel in den Ursprung des Koordinatensystems gelegt werden. Aus der Scheitelgleichung der liegenden Ellipse y 2 2 2 px (1 ) x 2 wird für = 1 die Scheitelgleichung der liegenden Parabel y2 = 2px (17.17) y 2 px (17.17') oder p bleibt hierbei erhalten: p ( k b) ka 2 b 2 a Die Polargleichung der Parabel entsteht mit = 1 aus der Polargleichung der Ellipse r= r= p 1 cos p 1 cos (17.12) (17.18) Der Abstand r() zwischen Parabelscheitel und Brennpunkt ergibt sich für cos = (-1) zu p/2. Es gibt nur einen einzigen Winkel, unter dem r nicht auf die Parabel trifft, nämlich = 0. Wie bei der Ellipse besitzt der Schmiegekreis im Scheitel den Radius r=p Der Abstand zwischen der Leitgeraden L und dem Brennpunkt F ist f = p/ = p Bei der stehenden Parabel sind die Koordinaten x und y vertauscht. Dann lautet die Parabelgleichung x2 = 2py oder y= 1 2p x2 (17.19) Zur Schnellkonstruktion einer Parabel schlägt man einen Kreis mit dem Radius p um den Mittelpunkt M. Der Kreis schneidet die x-Achse im Scheitel der Parabel. Dies ist der Ursprung O des Koordinatensystems. Der Brennpunkt F liegt bei x = p/2, genau in der Mitte zwischen O und M. Die Ordinate im Brennpunkt F an der Stelle x = p/2 ist y = p. Die Ordinate bei 2p ist 2p. 17.15 Eine Straße soll in 50 m Höhe verlaufen. Ihre Stützpfeiler besitzen einen Abstand von 10 m voneinander und ruhen auf einer Parabel. Die markierten Punkte besitzen die Koordinaten in der Einheit Meter: P1 = (30, 20), P2 = (60, 40), P3 = (120, 30). Wie lang müssen die Pfeiler bei 30, 40, 50, ..., 120 m sein? y – y0 = k(x – x0)2 y = y0 + k(x – x0)2 20 = y0 + k(30 – x0)2 40 = y0 + k(60 – x0)2 30 = y0 + k(120 – x0 )2 20 = k(2700 – 60x0) 10 = k(-10800 + 120x0) 20 = k(-21600 + 240x0) 300x0 = 24300 x0 = 81 k = -1/108 y0 = 44,083 y = 44,083 - (x – 81)2/108 h = 50 - y x 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 h 30 21,5 14,8 10 7 5,9 6,7 9,3 13,7 y – y0 = k(x – x0)2 y = y0 + k(x – x0)2 20 = y0 + k(30 – x0)2 40 = y0 + k(60 – x0)2 30 = y0 + k(120 – x0 )2 20 = k(2700 – 60x0) 10 = k(-10800 + 120x0) 20 = k(-21600 + 240x0) 300x0 = 24300 x0 = 81 k = -1/108 y0 = 44,083 y = 44,083 - (x – 81)2/108 h = 50 - y 20 17.3 Die Hyperbel Die quadratische Form q = c11x2 + c22y2 mit sgn c11 = -sgn c22 heißt Hyperbel. Durch Umbenennung der Koeffizienten erhält man die implizite Mittelpunktsgleichung 1=( x 2 a ) - y 2 ( ) b (17.20) Umformung der impliziten Mittelpunktsgleichung ergibt die explizite Mittelpunktsgleichung y=± b x 2 a a 2 (17.21) Für x strebt die Hyperbel gegen ihre Asymptoten y∞ = ± b a x, (17.22) die den Winkel = arctan b a mit der Abszisse einschließen. Bei der Hyperbel bezeichnet man e= a 2 b 2 (17.23) als lineare Exzentrizität. Wie bei der Ellipse gibt e an, wie weit ein Brennpunkt aus dem Zentrum herausgerückt (exzentriert) ist, sagt aber wenig über die Form der Hyperbel aus. Dafür verwendet man die numerische Exzentrizität = e a Für jede Hyperbel ist > 1. Durch Parallelverschiebung der Hyperbel um (-a) in x-Richtung erreicht man, dass der rechte Scheitel im Ursprung liegt. Aus der Mittelpunktsgleichung ergibt sich dann die Scheitelgleichung y2 = b 2 a 2 [( x a ) 2 2 a ]= b 2 a 2 (x 2 2 xa a 2 2 a ) = b 2 a (2 x x 2 ) a Mit dem Parameter der Hyperbel p b 2 (17.10') a lautet ihre Scheitelgleichung y 2 2 px p a x 2 2 2 px (1 ) x 2 Wie für Ellipse und Parabel ist der Parameter p gleichzeitig der Radius des Schmiegekreises und die Ordinate im Brennpunkt |y(F)| = p Ersteres folgt aus der Scheitelgleichung für x 0 im Vergleich mit der Scheitelgleichung des Kreises, letzteres für cos = 0 aus der Polargleichung r= p 1 cos (17.12') r= |r(0)| = p 1 und r() = |r(0)| + r() = p 1 cos p 1 p (1 ) p (1 ) 1 2 2 p = 1 a 2 b a 2 2 = 2p b 2 a 2 = 2 p p a = 2e r= p 1 cos Der Radiusvektor r vom Brennpunkt F1 unter dem Winkel kann auch durch seine Komponenten ausgedrückt werden. Damit gelangen wir zur Parameterform der Polargleichung: rx = p cos ry = 1 cos p sin 1 cos Mit den Koordinaten x und y der Mittelpunktsgleichung besteht der Zusammenhang rx = x - e und ry = y r12 = (x - e)2 + y2 = x2 - 2ex + e2 + b 2 a 2 (x = x2 - 2ex + a2 + b2 + = a 2 b a = e 2 a 2 2 2 2 a ) b 2 a 2 x 2 - b2 2 x2 - 2ex + a2 x2 - 2ex + a2 e = ( x - a)2 a r1 = x - a r22 = (e + x)2 + y2 r2 = x + a r2 - r1 = 2a Fadenkonstruktion nach Guido Ubaldi del Monte, 1545 - 1607 Abb. 17.17 Übersicht: Von kartesischen Koordinaten unabhängige Größen der Hyperbel. Eine weitere Definition der Hyperbel geht von einer Leitgeraden L und einem nicht auf ihr liegenden Brennpunkt F aus. Die Hyperbel ist der geometrische Ort aller Punkte, deren Abstände d von L und r von F, im r Verhältnis stehen: d =>1 d = f + r cos führt auf die Bedingung 1 = d r = f r + cos = f p - f p cos + cos = const. Diese Bedingung ist erfüllbar und erfüllt für f= p = a b 2 2 b 2 Der Scheitelabstand vom näheren Brennpunkt ist r() = e - a = p 1 1 r () = 1 f + 1 p 17.10 Eine Hyperbel besitzt den Parameter p = 8 und die numerische Exzentrizität = 3. Ihre Brennpunkte liegen auf der xAchse. Stellen Sie die Polargleichung auf, tabellieren Sie die Radiuslängen r() für = 0°, 30°, 120°,150°, 180° und skizzieren Sie die Hyperbel mit ihren Bestimmungsgrößen (a, e) sowie die Endpunkte der berechneten Radien. p 2 b 8 a a b 2 2 2 2 a a 1 e=3 a b a b 8 2 2 9 1 b 2 a 2 b 2 a 2 8 (Halbachse ist immer positiv) r() = p 1 - cos = 8 1 - 3cos 17.10 Eine Hyperbel besitzt den Parameter p = 8 und die numerische Exzentrizität = 3. Ihre Brennpunkte liegen auf der xAchse. Stellen Sie die Polargleichung auf, tabellieren Sie die Radiuslängen r() für = 0°, 30°, 120°,150°, 180° und skizzieren Sie die Hyperbel mit ihren Bestimmungsgrößen (a, e) sowie die Endpunkte der berechneten Radien. Skizze (nicht maßstäblich). Die Ergebnisse für negative Radien befinden sich auf dem linken Ast der Hyperbel. Der Punkt für = +30° ergibt sich bei Spiegelung des (aus Platzgründen) eingetragenen Punktes für = -30o an der Abszisse. r 0° 30° 120° -4 -5,01 3,2 150° 180° 2,22 2 r() = p 1 - cos = 8 1 - 3cos 17.14 Eine Hyperbel besitzt den Parameter p = 3 und die numerische Exzentrizität = 1/3. Was stimmt nicht an diesem Aufgabentext? 17.5 Vergleich der Kegelschnitte [M, S] = a Kreis Ellipse Parabel Hyperbel a a - a b p r=a=b [M, F] = e 0 2 b a a 2 2 b a b 2 - 2 a a 2 b = r( F = (näherer) Brennpunkt L = Leitgerade M = Mittelpunkt S = Scheitel 2 e a ) 0 0 < < 1 1 >1 p p p p p p 2 2 p p 2 2 >p p [F, S] = r() p > [S, L] = f - r() > [F, L] = f = p < < p 2 p 2 <p 2 Abb. 17.21 Kreis. Abb. 17.22 Ellipse. Abb. 17.23 (a) Parabel und (b) Hyperbel. 17.5 Welche Kegelschnitte beschreiben die quadratischen Formen 2x2 - y2 = 2 Hyperbel (x - 2)2 = 0 Gerade x = 2 x2 - 3y2 - 2 = 0 Hyperbel 2 - 4x2 - y2 = 0 Ellipse