CONSTRUCIONES GEOMETRICAS 5 - CÓNICAS Construcciones elementales Ejercicio Nº 17 Elementos de la elipse 1º La circunferencia principal Cp de la elipse es la que.
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CONSTRUCIONES GEOMETRICAS 5 - CÓNICAS Construcciones elementales Ejercicio Nº 17 Elementos de la elipse 1º La circunferencia principal Cp de la elipse es la que tiene por centro el de la elipse y radio a. Se define como el lugar geometrico de los pies de las perpendiculares trazadas por los focos a cada una de las tangentes Las circunferencias focales Cf y Cf' de la elipse tienen por centro uno de los focos y radio 2a Es decir si desde un foco trazamos perpendiculares a la Cp se dibujan las tangentes a la elipse. En el otro lado el punto T es simetrico del foco F respecto a la tangente t, si unimos T con F' determinamos el punto M punto de tangente de la elipse y la recta t' Ejercicio Nº 18 Trazar una elipse dados los ejes AB y CD por haces proyectivos C B A D Se construye un rectángulo tal como se ve en la figura de lados los ejes dados, se divide el semieje OA en un numero de partes iguales a continuación dividimos también la mitad el lado menor AE en el mismo numero de partes. C E 4 3 2 1 B A 1 2 3 4 O D Se une el extremo D del eje menor con las divisiones del semieje mayor 1,2,3,4. Unimos el otro extremo del eje menor C con las divisiones del lado AE 1,2,3,4.Donde se cortan las rectas anteriores con las otras son puntos de la elipse. C E 4 3 2 1 B A 1 2 3 4 O D Se repite el procedimiento y determinamos los otros puntos de la elipse buscada C E 4 3 2 1 B A 1 2 3 4 O D Ejercicio Nº 19 Construcción de una elipse por envolventes Dados los ejes y los focos Trazamos los ejes y determinamos los focos F y F’. C O A F' F D B La construcción se fundamenta en que la circunferencia principal de diámetro 2a y centro O es el lugar geométrico de los pies de las perpendiculares trazadas por cada foco a las tangentes. Es decir las envolventes son las tangentes a la elipse. C O A F' F D B Tomamos un punto cualquiera E de la circunferencia principal se une con F' y se traza la perpendicular t por L a LF', la recta t es tangente a la elipse. E C t O A B F D Se repite una serie de veces en cada cuadrante y trazamos la elipse como se ve en la figura. E C t O A F' F D B Ejercicio Nº 20 Trazado de la elipse por puntos mediante la circunferencia principal y la de diámetro 2b. Dados los ejes C A O D B Se trazan las circunferencias de diámetro 2a y 2b respectivamente. C A O D B Se traza un radio cualquiera que corta en T' y T'' a las circunferencias anteriores. Se traza por T' una paralela al eje CD y por T'' la paralela a AB ambas se cortan en T que es un punto de la elipse. T' C T'' A O D T B Se repite la operación el numero de veces que se considere necesario y se determinar tantos puntos como de precise T' C T'' A O D T B Ejercicio Nº 21 Construcción de una elipse dados una pareja de diámetros conjugados Dados una pareja de diámetros conjugados A’-B’ y C’-D’ D' O A' B' C' Trazamos la circunferencia de diámetro A‘ B'. D' O A' B' C' La perpendicular por O corta a la circunferencia en D1 y C1 . 1 D' O A' B' C' C1 Unimos los puntos D1 y D’ así como C1 y C’. D1 D' O A' B' C' Los puntos de la elipse se determinan trazando triángulos semejantes al OD1D' como el RSP, cuyos lados son paralelos a los del triángulo OD1D' Es decir trazamos por un punto cualquiera R una paralela al diámetro C1 D1 que corta en S a la Cp, por S la paralela D1-D’ y por R trazamos la paralela a C’D’ que corta a la anterior en el punto P que es un punto de la elipse buscada D1 S D' P O A' R C' C1 B' Se repite el procedimiento anterior las veces que se consideren necesarias y a continuación se traza la elipse D1 S D' P O A' R C' C1 B' Ejercicio Nº 22 Puntos de intersección de una recta con una elipse Sea la elipse dada por sus elementos, focos, ejes y la recta r. r C B A F O' D F' Sabiendo que la elipse es el lugar geométrico de los centros de las circunferencias que son tangentes a la focal y pasan por el otro foco, lo que tenemos que determinar son los centros de estas circunferencias. r 2a C B A F O' D F' Trazamos la focal del foco F de radio 2a, se halla el simétrico de F' respecto a la recta r punto F'1 . r F'1 2a C B A F O' D F' Trazamos una circunferencia auxiliar cualquiera de centro O en la recta r, que corta a la focal en 1 y 2, la cuerda 1-2 y la recta F'-F'1 se cortan en el centro radical Cr. 1 r F'1 O 2a C A F O' F' B 2 D Cr Desde Cr trazamos las tangentes a la focal, que nos dan los puntos de tangencia T1 y T2 1 r F'1 O 2a T1 C A F O' F' B 2 D Cr T2 Unimos los puntos de tangencia T1 y T2 con F dando los puntos I1 e I2, que son los puntos de intersección de la recta con la elipse, a la vez son los centros de las circunferencias tangentes a la focal de F y que pasan por el otro foco F' 1 r F'1 O 2a C A F O' T1 I1 F' B 2 I2 D Cr T2 Ejercicio Nº 23 Hallar los ejes una elipse dada por una pareja de diámetros conjugados A'B' y C'D'. D' A' O C' B' Por el centro O se traza la perpendicular a A‘ B' y se lleva OP=OA', P D' A' O C' B' Se une P con D' y se traza la circunferencia de centro O1 y diámetro PD', con centro en O1 y radio O1O se traza la semicircunferencia MON. Uniendo O con M y N se obtienen los ejes de la elipse buscada. M P O1 D' N A' O C' B' Unimos O1 y O obteniendo los puntos G y H M H P O1 D' G A' O C' N B' La magnitud de los ejes es a = OH y b = OG que transportamos sobre cada uno de ellos respectivamente M H P O1 D' D A' G O A C' C N B B' Ejercicio Nº 24 Circunferencia principal Tenemos una elipse dada por sus ejes y sus focos, una tangente t y los simétricos de F y F' respecto de la tangente sobre la circunferencia focal F1 y F'1 Observamos que en el triángulo FF'1F', N es el punto medio del lado FF1 y O lo es del FF', en consecuencia OM será la paralela media y su longitud valdrá de FF' FF'= k = AA'; OM'= FF1' implica OM'= k =1/2AA'= OA Siendo además FM perpendicular a la tangente por lo que; Los pies de las perpendiculares, trazadas a las tangentes desde los focos, están situados sobre una circunferencia de centro O y radio igual a denominada Circunferencia principal (Cp) La Cp es el lugar geométrico de los pies de las perpendiculares trazadas desde los focos a las tangentes de la elipse F1 Cf' M F'1 C T t N A F F' O D Cp Cf B Ejercicio Nº 25 Tangentes desde un punto P a una elipse utilizando la circunferencia principal C A F O D F' B P Trazamos la circunferencia principal Cp de centro en O y radio OB = OA Cp C A F O D F' B P Unimos el punto P con el Foco F’ y con centro en 1 punto medio de PF‘, trazamos la circunferencia de diámetro PF' Cp C A F O F' B 1 D P Los puntos de corte con la Cp puntos M y N son los puntos por los que pasan las tangentes unimos estos con P y tenemos las tangentes t y t' a la elipse Cp C M A F F' O B 1 D t P N t' Determinamos los simétricos F' respecto a las tangentes puntos F1' y F2'. Unimos estos puntos con el otro foco F y determinamos los puntos de tangencia con la elipse T y T' Cp C T A F F' O T' F1' M B 1 D t P N F2' t' Ejercicio Nº 26 Tangente a la elipse paralelas a una dirección dada d utilizando la circunferencia principal C A F F' O D B Trazamos la circunferencia principal Cp C A F F' O D B Trazamos por el foco F una perpendicular a la dirección d C A F F' O D B Por los puntos M y N de intersección con la Cp son los puntos por los que pasan las tangentes por estos puntos trazamos las paralelas a la dirección dada d. M C t A F' F O D N t' B Hallamos los simétricos del foco F respecto de las tangentes t y t' puntos F1 y F2 . F1 M C t A F' F O D N t' F2 B Unimos los puntos F1 y F2 con F' y determinamos los punto de corte con las tangentes puntos T y T' que son los puntos de tangencia con la elipse F1 T M C t A F' F O D N t' F2 T' B Ejercicio Nº 27 Construcción de la hipérbola por haces proyectivos. Datos el eje mayor A–B y los focos F y F’ F' A B F Se determina un punto cualquiera P de la curva, por el método de los puntos. P F' A B F N Se traza un rectángulo BMPN. P M F' A B F N Se dividen en partes iguales los segmentos MP y NP y se unen el punto B del eje mayor dado y con el foco F’ de la forma que vemos, los puntos de intersección son puntos de la hipérbola. M1 2 3 4 P 3 2 1 F' A B F N Por la parte inferior se puede repetir los mismo ó se llevan sobre la prolongación de MP los simétricos de 1, 2, 3, 4 y se unen con el punto B de la forma que como se ve en la Fig.. 4' M1 3' 2' 1' 2 3 4 P 3 2 1 F' A N F B 1' 2' 3' 1' 2' 3' 4' Se unen los puntos anteriores y tenemos la hipérbola buscada 4' M1 3' 2' 1' 2 3 4 P 3 2 1 F' A N F B 1' 2' 3' 1' 2' 3' 4' Ejercicio Nº 28 Determinar los puntos de intersección de una recta con una hipérbola Conocemos el eje AB y los focos de la hipérbola y la recta r que queremos conocer los puntos de intersección con la hipérbola r F A B F' Trazamos la circunferencia focal de centro F, r F A B F' Hallamos el simétrico de F' respecto de la recta r punto F'1 r F'1 F A B F' Trazamos la circunferencia auxiliar de centros E que pase por F y F'1 de radio cualquiera. r F'1 F A E B F' Unimos los puntos de corte de la circunferencia anterior con la focal puntos 1 y 2 y determinamos el Cr que es el punto de corte con la recta F' F'1 r Cr F'1 1 F A 2 E B F' Desde Cr trazamos las tangentes a la focal y hallamos los puntos T y T', r T' Cr F'1 1 T F A 2 E B F' Unimos los puntos T y T’ con el foco F y determinamos los puntos I1 y I2 puntos de intersección de la recta con la hipérbola r T' Cr F'1 I2 1 T O F A 2 I1 E B F' Ejercicio Nº 29 Trazar una hipérbola por envolventes Tenemos una hipérbola definida por los vértices A y B y los focos F y F'. F A O B F' Se traza la Cp de centro O y radio a = OA = OB. Cp F A O B F' Se trazan las asíntotas, por A levantamos una perpendicular al eje AB, trazamos un arco de centro O y radio OF que corta a la perpendicular anterior en el punto M por el que pasa la asíntota t', la otra asíntota t es simétrica AM = AN Cp M b F A N O B F' Unimos M y N con O y tenemos las asíntotas t‘y t Cp M T c b a F A B O F' T' N t' Tomamos un punto cualquiera 1 de la Cp que unimos con el foco F’ y trazamos la perpendicular a 1F’ por 1, esta recta es la tangente a la hipérbola. Cp M T c b 1 a F A B O F' T' N t' Tomamos otra serie de puntos cualesquiera como se representa en la Fig. y repetimos el procedimiento anterior y tenemos las tangentes a la hipérbola, dibujando la hipérbola a continuación t Cp M T c b 1 a F A B O F' T' N t' Ejercicio Nº 30 Trazar una hipérbola conocidas las asíntotas y un punto P de ella a a' P O Por el punto P trazamos una recta que corta a las asíntotas en A y D a A a' P O D Tomamos la distancia PA y trazamos el punto C, PA = CD. a A a' P O C D Repetimos la misma operación con otra recta que corta a las asíntotas en M y N, y determinamos el punto R igual que el C; NP = MR a A P N M a' R O C D Se determinan todos los otros puntos restantes de la misma forma trazando rectas que pasen por el punto P o por los otros puntos hallados C, C’, R y R’ a' a R' A' A M' N' P N M R C' O C D' D Ejercicio Nº 31 Tangentes a la hipérbola desde un punto exterior P, mediante la circunferencia principal Cp. Se conocen el eje AB y los focos F y F' de la hipérbola, y un punto cualquiera P exterior a ella. P A F' O B F Trazamos la circunferencia principal Cp P A F' O B F Unimos el punto P con el foco F y trazamos una circunferencia de diámetro PF y centro O1 que corta a la Cp en los puntos M y N. P O1 M A F' O B N F Por los puntos M y N pasan las tangentes a la hipérbola unimos M y N con P y tenemos las tangentes t y t' Hallamos los simétricos de F respecto a las tangentes t y t' puntos F1 y F2 que unidos con el otro foco F' nos determinan los puntos de tangencia T y T' P O1 M A F' O B N F t' t Hallamos los simétricos de F respecto a las tangentes t y t' puntos F1 y F2 que unidos con el otro foco F' nos determinan los puntos de tangencia T y T' P F2 O1 M A F' B O F1 N T' T t' t F Ejercicio Nº 32 Tangentes a la hipérbola paralelas a una dirección dada, mediante la circunferencia principal Cp. Conocemos el eje AB y los focos de la hipérbola y la recta d que nos da la dirección que queremos trazar las tangentes. d O F A B F' Trazamos la circunferencia principal Cp de centro O y radio OA = OB d Cp O F A B F' Por F' trazamos la perpendicular a la dirección dada d que nos determina los puntos M y N, puntos por los que pasan las tangentes a la hipérbola paralelas a la dirección dada d, foco F que nos da los punto de tangencia T y T' con la hipérbola d M Cp O F A N B F' Trazamos estas tangentes t y t', por M y N y paralelas a la dirección dada d t d M O F A t' Cp N B F' Hallamos los simétricos de F' respecto a las tangentes t y t' puntos F'1 y F'2. F'1 t d M t' Cp F'2 O F A N B F' Unimos F'1 y F'2 con el otro foco F que nos da los punto de tangencia T y T' con la hipérbola F'1 t d M t' Cp T' F'2 O F A T N B F' Ejercicio Nº 33 Trazar una parábola por envolventes Tenemos una parábola definida por el eje, el vértice V y el foco F. F V eje Se traza la directriz d sabiendo que FV = AV y que la directriz es la circunferencia focal de la parábola Cf. d F V A eje Se traza la tangente tv en el vértice V, que sabemos que es perpendicular al eje y es así mismo la circunferencia principal Cp tv d F V A eje Situamos un punto T en la tangente ,unimos este punto con el foco F y trazamos una perpendicular por T. tv d T F V A eje Repetimos la operación con otros puntos, y la parábola es la tangente a las perpendiculares. tv d T F V A eje Ejercicio Nº 34 Trazar una parábola dados el eje, el vértice y un punto de la curva P V eje Trazamos la tangente en el vértice VN y la paralela PN al eje. N P V eje Se divide PN y VN en un numero de partes iguales. N 1 2 3 4 5 6 P 6 5 4 3 2 1 V eje Por las partes de VN se trazan paralelas al eje y por las divisiones de NP se unen con V. N 1 2 3 4 5 6 P eje La paralela por 6 y el rayo 6V se cortan en R. De la misma forma se obtienen los demás puntos N 1 2 3 4 5 6 6 5 4 3 2 1 V R P La otra rama se determina de la misma forma, por ser la parábola simétrica respecto al eje N 1 2 3 4 5 6 P 6 R 5 4 3 2 1 eje V -1 -2 -3 -4 -5 -6 1 2 3 4 5 6 P Ejercicio Nº 35 Intersección de una recta con una parábola. Se conocen el eje y el foco F y la directriz de la parábola, y la recta r. r d eje F Hallamos el vértice de la parábola V y trazamos la tangente en el vértice tv que así mismo la circunferencia principal Cp. tv d r eje V F Hallamos el simétrico de F respecto de la recta r punto F'. tv d r F' V eje F Trazamos una circunferencia cualquiera que pase por F y F' de centro en el punto O. tv d r O F' V eje F Prolongamos la recta FF' que corta a la directriz en el punto Cr, centro radical se traza la tangente Cr-T tv d r T O Cr F' V eje F Este segmento se lleva sobre la directriz con una circunferencia de centro Cr y radio CrT que nos determina los puntos A y B. tv d A r T O Cr F' V B eje F Por A y B se trazan las perpendiculares a la directriz que cortan a la recta r en los punto I y I' que son los puntos de intersección de la recta r con la parábola. tv d A r T I' O Cr F' eje F V B I Ejercicio Nº 36 Determinación de una parábola conociendo dos tangentes y los puntos de tangencias en cada una . Conocemos las tangentes t y t' y los puntos de tangencia T y T'. T t t' T' Unimos los puntos de tangencia y tenemos la recta T-T', hallamos el punto medio M de este segmento TT', unimos M y N y tenemos la dirección del eje que es la recta MN. T t Dirección del eje M N t' T' Tomamos un punto cualquiera P y por el trazamos las paralelas a las tangentes que cortan a estas en los puntos 1 y 2 se unen estos y determinamos la tangente t'' que es otra tangente a la parábola, determinamos el punto de tangencia trazando por P una paralela al eje que nos determina el punto T''. T 1 P T'' t t'' Dirección del eje M N 2 t' T' Si tomamos el punto M punto del eje de la parábola y por el trazamos las paralelas a las tangentes que cortan a estas en los puntos 3 y 4 se unen estos y determinamos el vértice V de la parábola Para determinar mas puntos se repite el procedimiento tomando puntos diferentes sobre la recta TT'. T 1 P T'' 3 t t'' Dirección del eje N M V 2 4 t' T' Ejercicio Nº 37 Tangentes a la parábola desde un punto exterior P utilizando la tangente en el vértice Tenemos una parábola definida por el eje, vértice A el foco F '. P A F Se traza la directriz d por B, FA = AB que como sabemos es perpendicular al eje (que es la circunferencia focal Cf de la parábola) a continuación por A trazamos la tangente en el vértice tv que es la circunferencia principal Cp. d tv P B A F Unimos P con el foco F y trazamos una circunferencia de diámetro PF, que corta a la tangente en el vértice tv en los puntos M y M' puntos que pertenecen a las tangentes d tv P M M' B A F Unimos P con M y M' puntos que pertenecen a las tangentes y tenemos las tangentes t y t' desde el punto P a la parábola. d tv t' t P M M' B A F Unimos el foco F con los puntos M y M' y tenemos los punto F1 y F2 puntos de la directriz por los puntos F1 y F2 trazamos paralelas al eje y nos determina los puntos de tangencia con la parábola T y T'. d tv F1 t' t P M F2 B M' A F Por los puntos F1 y F2 trazamos paralelas al eje y nos determina los puntos de tangencia con la parábola T y T'. d tv T F1 t' t P M F2 T' M' B A F Ejercicio Nº 38 Tangentes a la parábola paralelas a una dirección dada r utilizando la tangente en el vértice Datos el eje, el foco F y el vértice A r A F Trazamos la directriz d y la tangente en el vértice tv, teniendo presente que AB = AF d tv r B A F Por el foco trazamos la perpendicular a la dirección dada r que corta a la tangente en el vértice tv en el punto M y a la directriz en el punto F'. d tv F' 90° r M B A F El punto M es un punto de la tangente buscada por M trazamos una paralela a la dirección dada r y tenemos la tangente buscada. d tv t F' 90° r M B A F Por el punto F' punto de corte de la perpendicular con la directriz trazamos otra paralela al eje que nos el punto T punto de tangencia con la parábola. d tv t F' 90° r T M B A F Ejercicio Nº 39 Construcción de la elipse por el método de los 12 puntos. Se conocen los ejes. Vemos el dibujo de la circunferencia, el punto M es la mitad del radio de la circunferencia (cuarta parte del lado AB) Si unimos E con B y el otro extremo del diámetro con M las rectas se cortan en un punto de la circunferencia A M B P E D O N C O Se traza el rectángulo de lados igual a los ejes A M B P E D O N C B A E D O C Se dividen los lados en cuatro partes iguales el lado AB el punto M es la cuarta parte y el lado BC el punto N es también la cuarta parte, se procede igual en las otras mitades de los lados. A M B P E D O N C M A E B O N D C Se une M con el extremo del eje mayor punto 3 y el otro extremo E con el punto B y nos da el punto P punto de la elipse se repite la operación y tenemos cuatro puntos. A M B P E D O N C M A B P E O 3 N D C Se une N con el extremo del eje menor punto 6 y el otro extremo punto 12 con el punto C y nos da el punto 4, punto de la elipse. A M B P E D O N C A 12 M B P E 3 O N 4 D 6 C Se repite la operación y tenemos otros cuatro puntos. B A P E D O N C 12 A 11 M B 1 P E 3 N 8 4 D 6 C Con los otros cuatro puntos extremos de los ejes tenemos los doce puntos que unimos y tenemos dibujada la elipse. B A P E D O N C 12 A 11 M B 1 10 P 2 9 E 3 O N 8 D 4 7 5 6 C Ejercicio Nº 40 Construcción de una parábola por tangentes Conocemos el eje de la parábola, la tangente en el punto P a la parábola (PV). P eje V Determinamos el simétrico de P respecto al eje punto P' y trazamos la tangente P'V. P eje V P' Se dividen PV y P'V en el mismo numero cualquiera de partes. 8 10 7 9 6 5 4 3 2 2 4 6 1 1 P 3 5 7 8 9 10 eje V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P' Se numeran las dos tangentes correlativamente pero en orden inverso. 8 10 7 9 6 5 4 3 2 2 4 6 1 1 P 3 5 7 8 9 10 eje V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P' Se trazan las rectas 1-1, 2-2, 3-3,.....9-9, que son las tangentes a la parábola y trazamos la misma. 8 10 7 9 6 5 4 3 2 2 4 6 1 1 P 3 5 7 8 9 10 eje V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P'