חומר עזר 2.5 : ההיפרבולה


נרצה להשתמש בידע שרכשנו זה עתה ביחידה 2.4, (אודות היפרבולה מהצורה ) יחד עם טרנספורמציה פשוטה (הפעם, יהא זה סיבוב) על מנת להבין את המקום הגיאומטרי המוגדר על ידי המשוואה .


נביט בשני הישרים , אשר ניצבים זה לזה וחותכים את צירי ו-.



בהנתן נקודה כלשהי במישור, נוכל לתארה באמצעות הקואורדינטות , בהתאם לצירי . כך נוכל לעשות גם אם נחשוב על הישרים החדשים כעל צירים: לנקודה הנתונה ישנן קואורדינטות אף ביחס לישרים אלו, ונסמנן כך שהישר הנו "ציר ה-", והישר הוא "ציר ה-".



נשאלת השאלה: מהו הקשר בין הקואורדינטות ו ? על מנת לענות על שאלה זו, נמצא ביטוי מפורש ל- בעזרת . ישנן דרכים רבות לעשות זאת, ע"י שימוש בווקטורים, טריגונומטריה, וכו'. אנו נבחר דרך הנעזרת ביחידה 1.13 (הטלות):

נשים לב כי איננו אלא אורך ההטלה של ווקטור המיקום בכיוון ציר ה- , קרי:


שכן הנו ווקטור יחידה בכיוון ציר - נזכור כי ציר ה- הנו

הישר , ולכן הנו ווקטור כיוון לישר זה. מכאן נקבל מיד כי אכן

הוא ווקטור יחידה המקביל לציר ה-.





מאידך, הנו אורך הטלת ווקטור המיקום בכיוון ציר ולכן


שהרי באופן דומה לטיעון הקודם נקל לראות כי הוא ווקטור

המקביל לכיוון החיובי של ציר .




קיבלנו, אם-כך, כי מתקיים .

נשים לב כי את המשוואה , בה אנו מתעניינים, ניתן לבטא גם ע"י:

כלומר, ביחס לקואורדינטות , נקבל את ההיפרבולה (אותה חקרנו ביחידה הקודמת):




(נשים לב כי הסימן של הפוך לסימן של הצורה הקנונית של הפרבולה)

ולבסוף, על מנת להשלים את התמונה, נצייר אף את הצירים במקומם:




שני ישרים

היפרבולה

היפרבולה


הערה:

ישנן דרכים רבות בהן ניתן להגדיר היפרבולה (ניתן להגדירה כמקום גיאומטרי של נקודות המקיימות תנאי מסוים בנוגע לקביעות יחס המרחקים בין נקודה קבועה (המכונה מוקד) וישר קבוע (הקרוי דירקטריקס, directrix); או כאוסף הנקודות שהפרש מרחקיהן משתי נקודות קבועות (מוקדים) הוא קבוע , וכו'). עבורנו, היפרבולה תהא צורה אשר ניתן לקבלה מה"היפרבולה הסטנדרטית" ע"י סיבובים, ניפוחים, והזזות.

אם-כן, פרי אשר הניבה יחידה זו הנו כי במובן זה, הנה משוואת היפרבולה. איזו-היפרבולה? היפרבולה אשר מרכזה ב- , ובעלת אסימפטוטות . למעט פרמטרים אלו, ההיפרבולות די דומות עבור ערכי שונים, פרט לסימנו של אשר נותן את האוריינטציה של ההיפרבולה:



או



כיצד נקבע במהירות את האוריינטציה של היפרבולה נתונה, ללא שימוש בטרנספורמציות בין ו? נביט במשוואה הנתונה ונבדוק האם ייתכן פתרון (ממשי) עבור , כלומר האם ייתכן כי . אפשרות זו תיתכן אם"ם . אם זהו המקרה ה"מנוון" (בו אנו מקבלים שני ישרים), ונותר המקרה בו . נקבל כי במקרה זה ישנו חיתוך (לא ריק) עם ציר ה() ולכן בהכרח האוריינטציה הנה



יש חיתוך

ולא



אין חיתוך