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Secundaria 5° · Matemática
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Elipse

Te conviene dominar: Lugares geométricos (4° de secundaria (segundo ciclo, modalidad académica))
Te conviene dominar: Teorema de Pitágoras (4° de secundaria (segundo ciclo, modalidad académica))

Clava dos chinches en una tabla, ata los extremos de un hilo a cada una y traza con un lápiz manteniendo el hilo siempre tenso: dibujas una elipse. Es la curva de las órbitas de los planetas y de los satélites (con el Sol en un foco, no en el centro) y de salas con «efecto susurro», donde dos personas lejos una de la otra se escuchan como si estuvieran juntas. ¿Por qué funciona ese susurro? Lo explicaremos al final.

La elipse como lugar geométrico

Definición de la elipse: un punto P de la curva y los segmentos hacia los focos F1 y F2, cuya suma de longitudes es siempre 2a. F₁ F₂ P d(P,F₁) + d(P,F₂) = 2a, siempre lo mismo

Para recordar qué significa «lugar geométrico», mueve el punto en este repaso con la circunferencia:

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Dada la elipse de ecuación $\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{9} = 1$, determina las coordenadas de sus vértices, las de sus focos y el valor de su excentricidad.

Dada la elipse de ecuación $\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{9} = 1$, determina las coordenadas de sus vértices, las de sus focos y el valor de su excentricidad.

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Elementos y ecuación reducida

Elementos de la elipse centrada en el origen: semiejes a y b, focos F1 y F2 a distancia c del centro, y el triángulo rectángulo con a² = b² + c². a b a F₁(-c, 0) F₂(c, 0)
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Escribe la ecuación reducida de una elipse centrada en el origen de coordenadas, sabiendo que uno de sus focos es el punto $F(4, 0)$ y que la longitud de su eje mayor es…

Escribe la ecuación reducida de una elipse centrada en el origen de coordenadas, sabiendo que uno de sus focos es el punto $F(4, 0)$ y que la longitud de su eje mayor es $10$.

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Una elipse tiene su centro en el punto $C(-2, 3)$, su eje mayor es paralelo al eje de abscisas y mide $12$ unidades, y su eje menor mide $8$ unidades. Escribe su…

Una elipse tiene su centro en el punto $C(-2, 3)$, su eje mayor es paralelo al eje de abscisas y mide $12$ unidades, y su eje menor mide $8$ unidades. Escribe su ecuación en forma canónica.

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Halla la ecuación del lugar geométrico de los puntos del plano $P(x, y)$ cuya suma de distancias a los puntos $F_1(-3, 0)$ y $F_2(3, 0)$ es siempre igual a $10$.…

Halla la ecuación del lugar geométrico de los puntos del plano $P(x, y)$ cuya suma de distancias a los puntos $F_1(-3, 0)$ y $F_2(3, 0)$ es siempre igual a $10$. Simplifica la expresión hasta obtener la ecuación reducida de una elipse.

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La excentricidad: cuánto se achata la elipse

Tres elipses con distinta excentricidad: casi circular con e = 0.2, intermedia con e = 0.7 y muy alargada con e = 0.97. e ≈ 0.2 (casi circular) e ≈ 0.7 e ≈ 0.97 (muy alargada)
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Calcula la excentricidad de la elipse cuya ecuación es $16x^2 + 25y^2 = 400$.

Calcula la excentricidad de la elipse cuya ecuación es $16x^2 + 25y^2 = 400$.

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Halla la ecuación de una elipse centrada en el origen, cuyos focos están sobre el eje de ordenadas, sabiendo que la distancia focal es de $8$ unidades y la excentricidad…

Halla la ecuación de una elipse centrada en el origen, cuyos focos están sobre el eje de ordenadas, sabiendo que la distancia focal es de $8$ unidades y la excentricidad es $0.8$.

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La órbita de Mercurio alrededor del Sol es una elipse en la que el Sol ocupa uno de sus focos. La distancia mínima de Mercurio al Sol (perihelio) es de $46$ millones de…

La órbita de Mercurio alrededor del Sol es una elipse en la que el Sol ocupa uno de sus focos. La distancia mínima de Mercurio al Sol (perihelio) es de $46$ millones de kilómetros, y la distancia máxima (afelio) es de $70$ millones de kilómetros. Calcula la excentricidad de la órbita de Mercurio y la longitud de su semieje menor en millones de kilómetros.

Sol Perihelio Afelio 46 Mkm 70 Mkm
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Puntos de la elipse: interiores, exteriores y problemas con la ecuación

Para saber si un punto $(x_1,y_1)$ está sobre la elipse, dentro o fuera, sustituye sus coordenadas en el primer miembro de $\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}$:

  • Si el resultado es $1$, el punto está en la elipse.

  • Si es menor que $1$, es interior.

  • Si es mayor que $1$, es exterior.

¿Por qué? Cuanto más lejos del centro, mayores son $x^2$ e $y^2$, y mayor el valor de la expresión.

Esta misma sustitución sirve para hallar una coordenada desconocida de un punto de la elipse, como la altura de un arco a cierta distancia del centro.

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Comprueba si los puntos $P(2, -3)$, $Q(5, 0)$ y $R(4, 2)$ son interiores, exteriores o pertenecen a la elipse de ecuación $\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{16} = 1$.

Comprueba si los puntos $P(2, -3)$, $Q(5, 0)$ y $R(4, 2)$ son interiores, exteriores o pertenecen a la elipse de ecuación $\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{16} = 1$.

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Un puente de piedra sobre un río tiene la forma de un semiarco elíptico. La anchura del río (eje mayor de la elipse) es de $20\text{ m}$ y la altura máxima del arco en…

Un puente de piedra sobre un río tiene la forma de un semiarco elíptico. La anchura del río (eje mayor de la elipse) es de $20\text{ m}$ y la altura máxima del arco en el centro del río es de $6\text{ m}$. Calcula a qué altura se encuentra el arco a una distancia de $4\text{ m}$ del centro del río.

20 m 6 m 4 m h = ?
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En un mecanismo de relojería, un engranaje tiene forma elíptica. Se sabe que su ecuación de contorno viene dada por $x^2 + 4y^2 = 16$. Se desea colocar un pequeño…

En un mecanismo de relojería, un engranaje tiene forma elíptica. Se sabe que su ecuación de contorno viene dada por $x^2 + 4y^2 = 16$. Se desea colocar un pequeño pasador en un punto de la elipse cuya abscisa sea el doble que su ordenada. Calcula las coordenadas de dicho punto (asumiendo que ambas son positivas) y la distancia exacta de este punto al centro del engranaje.

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Elipses con focos y el centro: semiejes, focos y distancias

Muchos problemas dan datos distintos a $a$ y $b$ y hay que reconstruirlos:

  • Longitud total del eje mayor $=2a$; ancho máximo $=2b$.

  • Distancia mínima y máxima desde un foco: $a-c$ y $a+c$. Por eso $a=\dfrac{\text{máx}+\text{mín}}{2}$ y $c=\dfrac{\text{máx}-\text{mín}}{2}$.

  • Excentricidad conocida: $c=ea$ y $b^2=a^2-c^2$.

Vuelve al principio. En una sala elíptica, el sonido emitido en un foco rebota en las paredes y llega al otro foco, porque todos los recorridos foco → pared → foco miden lo mismo, $2a$. Por eso se escucha un susurro a gran distancia.

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La excentricidad de una elipse es $\frac{1}{3}$ y su semieje menor mide $4\sqrt{2}$. Calcula la medida de su semieje mayor.

La excentricidad de una elipse es $\frac{1}{3}$ y su semieje menor mide $4\sqrt{2}$. Calcula la medida de su semieje mayor.

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En la galería de los suspiros, que tiene forma de elipse, dos personas situadas en los focos pueden escucharse perfectamente aunque hablen en un susurro. Si la galería…

En la galería de los suspiros, que tiene forma de elipse, dos personas situadas en los focos pueden escucharse perfectamente aunque hablen en un susurro. Si la galería tiene una longitud total de $34\text{ m}$ y una anchura máxima de $16\text{ m}$, ¿a qué distancia del centro de la sala debe situarse cada persona para aprovechar este fenómeno acústico?

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Una plaza mayor tiene forma de elipse. Se quiere pavimentar un camino recto que una el foco situado más a la izquierda, $F_1$, con un punto $P$ de la elipse situado en…

Una plaza mayor tiene forma de elipse. Se quiere pavimentar un camino recto que una el foco situado más a la izquierda, $F_1$, con un punto $P$ de la elipse situado en el segundo cuadrante. Se sabe que el eje mayor de la plaza mide $100\text{ m}$ y el eje menor $60\text{ m}$. Si el ángulo que forma el segmento $F_1P$ con el semieje positivo de abscisas es de $60^\circ$, calcula la longitud exacta del camino pavimentado.

Plaza elíptica con camino recto pavimentado desde el foco F₁ hasta el punto PxyO2.º cuadrante100 m (eje mayor)60 m(eje menor)60°d = ?F₂F₁P
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Ecuación general y elipses trasladadas

Si el centro es $(h,k)$, la ecuación se traslada cambiando $x$ por $x-h$ e $y$ por $y-k$:

$$\frac{(x-h)^2}{a^2}+\frac{(y-k)^2}{b^2}=1$$

El centro es $(h,k)$; los focos están a distancia $c$ del centro sobre el eje mayor (paralelo al eje $x$ si $a^2$ está bajo $x$, o al eje $y$ en el otro caso).

Elipse con centro trasladado al punto (h, k), con sus semiejes paralelos a los ejes de coordenadas. a b (h, k)

Al desarrollar los cuadrados queda la forma general $Ax^2+Cy^2+Dx+Ey+F=0$, con $A$ y $C$ del mismo signo (si son iguales, es una circunferencia, que es un caso particular de elipse).

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A partir de la ecuación de la elipse $\frac{(x-1)^2}{16} + \frac{(y+4)^2}{9} = 1$, indica las coordenadas de su centro y la longitud de sus semiejes.

A partir de la ecuación de la elipse $\frac{(x-1)^2}{16} + \frac{(y+4)^2}{9} = 1$, indica las coordenadas de su centro y la longitud de sus semiejes.

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Dada la ecuación general $9x^2 + 4y^2 - 36x + 24y + 36 = 0$, demuestra que corresponde a una elipse. Para ello, exprésala en forma canónica y determina las coordenadas…

Dada la ecuación general $9x^2 + 4y^2 - 36x + 24y + 36 = 0$, demuestra que corresponde a una elipse. Para ello, exprésala en forma canónica y determina las coordenadas de su centro, sus vértices y sus focos.

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Elipse como lugar geométrico: hallar su ecuación

Para deducir la ecuación a partir de una condición de distancias, se escribe la condición con $P(x,y)$, se aísla una raíz y se eleva al cuadrado dos veces.

También hay lugares geométricos que resultan ser elipses sin que se diga: si la distancia a un foco es una fracción $e<1$ de la distancia a una recta (la directriz), el lugar es una elipse de excentricidad $e$. Y si a cada punto de una circunferencia de radio $r$ se le multiplica la ordenada por $k$ ($0

Circunferencias tangentes interiormente

Otra fuente de elipses son las circunferencias tangentes. Si una circunferencia de centro $C$ y radio $r$ es tangente interiormente a otra de centro $O$ y radio $R$ (la pequeña por dentro, tocando a la grande en un punto), la distancia entre los centros es la diferencia de los radios:

$$d(O,C)=R-r$$

¿Por qué? El punto de tangencia está en la recta que une los centros. Desde $O$ hasta ese punto hay $R$, y de ese punto a $C$ hay $r$, así que $O$ y $C$ quedan separados por $R-r$.

Si además la circunferencia pequeña pasa por un punto fijo $A$, su radio es $r=d(C,A)$. Entonces $d(O,C)=R-d(C,A)$, o sea $d(C,O)+d(C,A)=R$: la suma de distancias de $C$ a dos puntos fijos es constante, y eso es una elipse con focos $O$ y $A$.

Practica★★☆Sin empezar
Determina el lugar geométrico de los puntos del plano cuya distancia al punto $F(4, 0)$ es igual a la mitad de su distancia a la recta de ecuación $x - 16 = 0$.…

Determina el lugar geométrico de los puntos del plano cuya distancia al punto $F(4, 0)$ es igual a la mitad de su distancia a la recta de ecuación $x - 16 = 0$. Identifica la cónica resultante y calcula su centro y la longitud de sus semiejes.

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Considera la circunferencia de ecuación $x^2 + y^2 = 100$. A cada punto $A(x, y)$ de la circunferencia se le asocia un punto $P(x, y')$ que tiene la misma abscisa, pero…

Considera la circunferencia de ecuación $x^2 + y^2 = 100$. A cada punto $A(x, y)$ de la circunferencia se le asocia un punto $P(x, y')$ que tiene la misma abscisa, pero su ordenada es el $60\%$ de la ordenada de $A$. Demuestra que el lugar geométrico de los puntos $P$ es una elipse y determina su ecuación, su centro y sus focos.

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Practica★★★Sin empezar
Halla el lugar geométrico de los centros de las circunferencias que son tangentes interiormente a la circunferencia de ecuación $x^2 + y^2 = 100$ y que pasan por el…

Halla el lugar geométrico de los centros de las circunferencias que son tangentes interiormente a la circunferencia de ecuación $x^2 + y^2 = 100$ y que pasan por el punto fijo $A(6, 0)$. Demuestra que dicho lugar geométrico es una elipse, halla su ecuación canónica y determina las coordenadas de sus focos.

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Elipse y recta: posición relativa y tangentes

Para ver cómo se cortan una recta y una elipse, se despeja una variable de la recta, se sustituye en la ecuación de la elipse y se resuelve la cuadrática. Su discriminante $\Delta$ decide:

  • $\Delta>0$: secante (dos puntos de corte).

  • $\Delta=0$: tangente (un solo punto).

  • $\Delta<0$: exterior (no se cortan).

Para tangentes se impone $\Delta=0$. Si la tangente tiene pendiente $m$ y la recta es $y=mx+n$, sobre $\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1$ la condición es $n^2=a^2m^2+b^2$.

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Estudia la posición relativa de la recta de ecuación $2x + y - 5 = 0$ y la elipse $\frac{x^2}{9} + \frac{y^2}{4} = 1$. Si se cortan, halla las coordenadas de los puntos…

Estudia la posición relativa de la recta de ecuación $2x + y - 5 = 0$ y la elipse $\frac{x^2}{9} + \frac{y^2}{4} = 1$. Si se cortan, halla las coordenadas de los puntos de intersección.

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Halla las ecuaciones de las rectas tangentes a la elipse de ecuación $\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{16} = 1$ que pasan por el punto exterior $P(0, 5)$.

Halla las ecuaciones de las rectas tangentes a la elipse de ecuación $\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{16} = 1$ que pasan por el punto exterior $P(0, 5)$.

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Practica★★★Sin empezar
Determina las ecuaciones de las rectas tangentes a la elipse $x^2 + 2y^2 = 18$ que son paralelas a la recta de ecuación $x - y + 4 = 0$.

Determina las ecuaciones de las rectas tangentes a la elipse $x^2 + 2y^2 = 18$ que son paralelas a la recta de ecuación $x - y + 4 = 0$.

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Practica★★★Sin empezar
Calcula los valores del parámetro $k$ para que la recta $x + 2y + k = 0$ sea tangente a la elipse de ecuación $x^2 + 4y^2 = 20$.

Calcula los valores del parámetro $k$ para que la recta $x + 2y + k = 0$ sea tangente a la elipse de ecuación $x^2 + 4y^2 = 20$.

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Determinar la elipse con datos y problemas de optimización

A veces la elipse no viene dada: hay que averiguarla. Si sus ejes son los ejes de coordenadas, la ecuación es $\dfrac{x^2}{p}+\dfrac{y^2}{q}=1$ y cada punto conocido da una ecuación lineal en $\dfrac1p$ y $\dfrac1q$.

Para un rectángulo con lados paralelos a los ejes inscrito en $\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1$, si un vértice es $(x,y)$ sus dimensiones son $2x$ y $2y$ y el área es $4xy$.

Practica★★★Sin empezar
Se quiere diseñar una ventana rectangular que esté inscrita en un hueco elíptico de ecuación $\frac{x^2}{16} + \frac{y^2}{9} = 1$. Los lados del rectángulo deben ser…

Se quiere diseñar una ventana rectangular que esté inscrita en un hueco elíptico de ecuación $\frac{x^2}{16} + \frac{y^2}{9} = 1$. Los lados del rectángulo deben ser paralelos a los ejes de la elipse. Si se desea que el rectángulo tenga un área total de $24\text{ m}^2$, ¿cuáles deben ser sus dimensiones exactas?

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Una elipse está centrada en el origen y sus ejes de simetría coinciden con los ejes de coordenadas cartesianas. Si se sabe que la elipse pasa por los puntos…

Una elipse está centrada en el origen y sus ejes de simetría coinciden con los ejes de coordenadas cartesianas. Si se sabe que la elipse pasa por los puntos $A(2, \sqrt{3})$ y $B(\sqrt{2}, \frac{\sqrt{15}}{2})$, halla la ecuación de la elipse y calcula la distancia exacta entre sus focos.

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Investigar con geometría dinámica

Antes de construir, predice: si los focos se separan manteniendo constante la suma de distancias, ¿la elipse será más circular o más alargada?

En GeoGebra (u otro programa de geometría dinámica), crea un deslizador $c$ entre $0$ y $4.5$, fija $a=5$ y coloca $F_1=(-c,0)$ y $F_2=(c,0)$. Representa $x^2/25+y^2/(25-c^2)=1$. Sitúa un punto $P$ sobre la curva y mide sus distancias a los focos. Al mover $P$, anota la suma; al cambiar $c$, anota el semieje vertical.

Las dos elipses tienen $a=5$; la más estrecha tiene los focos más separados:

Dos elipses con semieje mayor 5: al aumentar la distancia focal de c = 3 a c = 4, el semieje menor baja de 4 a 3. c = 3, b = 4 (azul)c = 4, b = 3 (naranja)

Presenta una captura o una tabla con tu conclusión. No uses $c=5$: anularía un denominador y la elipse degenera en un segmento. Una elipse real exige $2a>2c$.

Resumen

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