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CÔNICAS
Cristianeguedes.pro.br/cefet
Seções Cônicas
São curvas obtidas pela interseção de um cone com um plano.
Circunferência
É o lugar geométrico plano dos pontos que estão à
mesma distância r de um ponto C dado (centro ).
Equação reduzida da circunferência
Considere o ponto C de coordenadas (xC, yC),
chamado centro, e a distância r, chamada raio. Os
pontos pertencentes à circunferência Ω devem
atender à equação:
Tal equação é obtida a partir da aplicação do
teorema de Pitágoras a todos os pontos da
circunferência.
Se P ϵ Ω → dpc= r
Equação geral
Do desenvolvimento da equação reduzida, obtém-se:
com a, b e c constantes reais.
022 22222 ryxyyxxyx cccc
022 cbyaxyx
Elipse
É o lugar geométrico plano no qual a soma das distâncias de
qualquer ponto sobre a curva até dois pontos dados F1 e F2
(focos), é constante e maior que a distância entre os focos.
Elementos
• Focos: os pontos F1 e F2
• Eixo maior: o segmento
A A1A2 , que passa pelos focos
(A1A2 = 2a)
• Centro: o ponto O, médio de A1A2 A1A2
• Eixo menor: o segmento B1B2 , perpendicular a A1A2 A1A2,
que passa por O (B1B2 = 2b).
• Distância focal: a distância 2c = F1F2 entre os focos
B1
B2
A1 A2
(0;b)
P(x;y)
(a;0) x
y
F2(c;0)
(0; -b)
a
0 F1(-c;0)
x F2
y
a
b
F1
F2
a
x
y
b
F1
F2
a
x
y
b
x
F2
y
a
b
C(x’, y’) F1
C(x’, y’)
Equação
• Elipse com eixo maior na horizontal (a > b):
• Elipse com eixo maior na vertical (a > b):
Excentricidade
A razão e = c/a (com c a).
Propriedade Refletora
Uma propriedade muito importante da elipse é que
qualquer raio luminoso ou onda sonora que saia de um dos
focos será refletido pela elipse na direção do outro foco,
conforme indicado na figura abaixo:
Aplicações
A propriedade refletora justifica algumas aplicações da elipse
como, por exemplo, a aplicação óptica de um dispositivo de
iluminação usado em consultórios odontológicos. Este dispositivo
consiste num espelho com a forma de um arco de elipse e numa
lâmpada que se coloca no foco mais próximo. A luz da
lâmpada é concentrada pelo espelho no outro foco, ajustando-
se o dispositivo de forma a iluminar o ponto desejado.
Aplicações
Na astronomia, a descoberta do cometa Halley é paradigmática.
Em 1704 Edmund Halley estudou as órbitas de vários cometas,
para as quais existiam dados. Concluiu que os cometas de 1682,
1607, 1531 e 1456 eram afinal um único cometa que descrevia
uma órbita elíptica à volta do sol com um período de cerca de 76
anos. Fez a previsão correta de seu retorno em 1758, o que fez
que o cometa ficasse conhecido pelo seu nome.
Aplicações
Investigações recentes sugerem que os chineses tivessem
registrado este cometa em cerca de 240 a.c... Mesmo depois
de Copérnico, que no século XVI formulou a teoria
heliocêntrica, se acreditava que o “Movimento natural” era o
movimento circular e, por isso, os planetas deveriam seguir
esse tipo de trajetórias à volta do sol. Foi o astrônomo e
matemático alemão Johannes Kepler, em 1969, que descobriu
que “cada planeta descreve uma elipse de que o sol ocupa
um dos focos” (1 primeira lei de Kepler). O interesse de
Kepler pelas cônicas surgiu devido às suas aplicações à óptica
e a construção de espelhos parabólicos.
Parábola
Dados uma reta r e um ponto F fora dela, é o lugar geométrico
plano dos pontos que equidistam de r e F.
Elementos
• Foco: o ponto F
• Diretriz: a reta r
• Eixo de simetria: a reta s,
perpendicular a r, que passa pelo foco
• Vértice: o ponto V, intersecção da parábola com o eixo de
simetria
• Parâmetro da parábola: a distância p entre o foco e a diretriz,
i.e, p = FD
Equação
• Forma geral:
• Pelas coordenadas do vértice:
• Equação reduzida
concavidade para cima:
concavidade para baixo:
• Parábola com diretriz na vertical:
Propriedade Refletora
A propriedade de destaque na parábola, denominada
de propriedade de reflexão, é o fato de que todo raio luminoso
ou onda sonora que incida sobre a parábola paralelamente ao
seu eixo é refletido de modo a passar pelo foco da parábola. O
processo inverso também acontece, ou seja, qualquer raio ou onda
que seja emitido do foco da parábola e que incida sobre a
parábola é refletido numa mesma direção segundo retas
paralelas ao eixo da parábola. Essa propriedade faz com que a
parábola apresente várias aplicações, como por exemplo, em
antenas parabólicas, faróis de veículos, fornos solares e em
telescópios.
Aplicações
Antenas parabólicas e Radares
É comum observarmos no alto de residências e edifícios as Antenas
Parabólicas, que captam ondas eletromagnéticas que são enviadas
por satélites em órbita ao redor da terra. Isto somente é possível
devido à propriedade da parábola de refletir o conjunto de raios
recebidos em um único ponto (o foco da parábola). Neste ponto
encontra-se posicionado o receptor de ondas, que enviará o sinal
recebido para um conversor que as decodificará e enviará para o
receptor de televisão. Os aparelhos de radar operam de forma
semelhante às antenas parabólicas, recebendo o eco de pulsos
eletromagnéticos.
Aplicações
Faróis de veículos
Os refletores parabólicos de faróis e lanternas permitem que a
luz da lâmpada localizada no foco se propague em raios
paralelos ao eixo da parábola formando o facho. As lentes
parabólicas posicionadas na parte de trás dos faróis dos veículos
permitem que a luz gerada pelos mesmos seja direcionada para
um ponto específico, o foco da parábola, que normalmente é
apontado para o solo, evitando desta forma que a luz de um
carro ofusque a visão de um motorista que venha em direção
oposta.
Hipérbole
Dados dois pontos F1 e F2 (chamados focos), é o lugar geométrico
plano cuja diferença, em módulo, entre as distâncias de qualquer
ponto aos focos é constante e menor que F1F2.
Elementos
• Focos: os pontos F1 e F2
• Distância focal: a distância
2c = F1F2 entre os focos
• Vértices: os pontos A1 e A2,
intersecções de F1F2 com a hipérbole
• Centro: o ponto médio O de A1A2
• Eixo real ou transverso: o segmento A1A2 (A1A2 = 2a)
• Eixo imaginário ou conjugado: o eixo B1B2 (B1B2 = 2b)
Equação reduzida
Assíntotas: duas retas secantes que passam pelo seu centro e não
a interceptam. Suas equações são dadas por:
r1: bx - ay = 0
r2: bx + ay = 0
• Eixo geral horizontal:
• Eixo real na vertical:
Excentricidade
É a razão e = (com c > a).
À medida que essa razão se aproxima de 1, os ramos da
hipérbole se tornam mais fechados; no ponto em que e tende
a infinito, seus ramos se tornam mais abertos. Observe:
c a
Propriedade Refletora
A propriedade de reflexão da hipérbole afirma que qualquer
segmento de reta dirigido a um dos focos da hipérbole
encontra o ramo correspondente e é refletido em direção ao
outro foco.
Aplicações
Essa propriedade é muito aplicada nos telescópios de
reflexão, os quais são constituídos de dois espelhos, sendo um
maior, que é parabólico e outro menor, que é hiperbólico. Esses
dois espelhos dispõem-se de modo que os eixos da parábola e
da hipérbole coincidam e que o foco da parábola coincida
com um dos focos da hipérbole. Nesse tipo de telescópio,
quando os raios de luz se refletem no espelho parabólico são
dirigidos para o foco, pela propriedade de reflexão da
parábola.
Como este também é foco da hipérbole, pela propriedade de
reflexão desta os raios de luz refletem-se no espelho
hiperbólico e seguem em direção ao outro foco da hipérbole.
Os raios de luz passam através de um orifício no centro do
espelho primário, atrás do qual está uma lente-ocular que
permite corrigir ligeiramente a trajetória da luz, que chega
finalmente aos olhos do observador ou à película fotográfica. A
vantagem deste tipo de telescópio reside no fato de ter um
comprimento muito menor do que os telescópios de refração
(isto é, de lentes) com o mesmo poder de ampliação.
Exemplos
0436894)
1254)
2525)
136100
)
22
22
22
22
yxyxd
yxc
yxb
yxa
Exercícios
1) Esboçar o gráfico das seguintes curvas:
0761634)
04)
076432)
22
22
22
yxyxc
yxb
yxyxa
2) Os pontos de interseção da reta x+2y=2 com a elipse
são P e Q. Determine a distância entre P e Q.
3) Determine o valor de b, sabendo que a reta y = x + b é
tangente à elipse
4) O maior valor de k para o qual a reta y = 2x + k e a parábola
apresentam ponto comum é:
44 22 yx
22 22 yx
24 xy
Continuação dos Exercícios
122 yx
5) Determine os valores de m para os quais a reta y = mx não
intercepta a hipérbole
6) Determine os possíveis valores de k, sabendo que a
parábola e a circunferência abaixo têm quatro pontos em
comum:
7) A equação que representa duas retas perpendiculares é:
1)2( 22
2
yx
k
xy
012
02
049
22
22
22
yxx
yxyx
yx