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2° BGU · Matemáticas
Cónicas · Cónicas

Hipérbola

Te conviene dominar: Distancia entre dos puntos (1.° de Bachillerato General Unificado (BGU))
Te conviene dominar: Teorema de Pitágoras (10.° grado de EGB (Educación General Básica, subnivel Superior))

Un trueno cae en un cerro cerca de Baños y dos micrófonos instalados a lo largo de un valle lo registran con una pequeña diferencia de tiempo. Con ese dato solo, ya se sabe que el rayo cayó sobre una curva muy concreta, de dos ramas que se abren hacia el infinito. Es la hipérbola, la cónica de la localización de sonido y de las torres de refrigeración de las centrales térmicas. Al final de la página vas a poder ubicar la fuente del sonido.

La hipérbola como lugar geométrico

La recta que pasa por los focos es el eje focal. Los puntos de la curva sobre ese eje son los vértices. El punto medio entre los focos es el centro.

Hipérbola con focos F1 y F2 sobre el eje focal; un punto P de la rama derecha y los segmentos que lo unen con los focos F₁ F₂ P |d(P, F₁) − d(P, F₂)| = 2a, siempre lo mismo

Puedes construirla en GeoGebra: dibuja una circunferencia, marca un punto $F_2$ fuera de ella y pliega el papel (o traza la mediatriz) llevando $F_2$ sobre cada punto de la circunferencia. Las rectas de los pliegues envuelven una hipérbola, y el centro de la circunferencia es el otro foco.

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Determina el lugar geométrico de los puntos del plano cuya diferencia de distancias a los puntos fijos $F(0, 10)$ y $F'(0, -10)$ es, en valor absoluto, igual a $12$.…

Determina el lugar geométrico de los puntos del plano cuya diferencia de distancias a los puntos fijos $F(0, 10)$ y $F'(0, -10)$ es, en valor absoluto, igual a $12$. Escribe su ecuación reducida.

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Elementos y ecuación reducida

En la figura, $a=30$, $b=40$ y $c=50$: los focos están más lejos del centro que los vértices.

Hipérbola centrada en el origen con a = 30, b = 40 y c = 50: vértices sobre el eje horizontal, focos y asíntotas de pendiente 4/3 V₂ V₁ F₁ F₂ asíntotas
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Escribe la ecuación reducida de la hipérbola cuyos focos son $F(5, 0)$ y $F'(-5, 0)$ y cuyo eje real mide $8$.

Escribe la ecuación reducida de la hipérbola cuyos focos son $F(5, 0)$ y $F'(-5, 0)$ y cuyo eje real mide $8$.

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Dada la hipérbola de ecuación $\frac{x^2}{144} - \frac{y^2}{25} = 1$, determina las coordenadas de sus vértices, de sus focos y las ecuaciones de sus asíntotas.

Dada la hipérbola de ecuación $\frac{x^2}{144} - \frac{y^2}{25} = 1$, determina las coordenadas de sus vértices, de sus focos y las ecuaciones de sus asíntotas.

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Halla la ecuación reducida de la hipérbola que tiene sus vértices en los puntos $V(3, 0)$ y $V'(-3, 0)$ y que pasa por el punto $P(5, 4)$.

Halla la ecuación reducida de la hipérbola que tiene sus vértices en los puntos $V(3, 0)$ y $V'(-3, 0)$ y que pasa por el punto $P(5, 4)$.

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Las asíntotas

En la figura, los vértices de las ramas tocan los lados verticales del rectángulo.

Hipérbola con su rectángulo central de lados 2a y 2b: los vértices tocan los lados verticales y las asíntotas pasan por las diagonales 2a 2b
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Determina la ecuación de una hipérbola equilátera centrada en el origen sabiendo que pasa por el punto $P(4, 2)$ y que sus focos están situados sobre el eje de abscisas.

Determina la ecuación de una hipérbola equilátera centrada en el origen sabiendo que pasa por el punto $P(4, 2)$ y que sus focos están situados sobre el eje de abscisas.

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Halla las coordenadas del centro, las longitudes de los semiejes y las ecuaciones de las asíntotas de la hipérbola cuya ecuación es…

Halla las coordenadas del centro, las longitudes de los semiejes y las ecuaciones de las asíntotas de la hipérbola cuya ecuación es $\frac{(x+2)^2}{9} - \frac{(y-1)^2}{16} = 1$.

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Puntos interiores y exteriores

Para decidir de qué lado de la curva está un punto $(x_0; y_0)$, calcula $\dfrac{x_0^2}{a^2}-\dfrac{y_0^2}{b^2}$ y compáralo con $1$.

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Comprueba analíticamente si los puntos $A(5, 4)$, $B(4, 0)$ y $C(6, -3)$ son interiores, exteriores o si pertenecen a la hipérbola de ecuación…

Comprueba analíticamente si los puntos $A(5, 4)$, $B(4, 0)$ y $C(6, -3)$ son interiores, exteriores o si pertenecen a la hipérbola de ecuación $\frac{x^2}{16} - \frac{y^2}{9} = 1$.

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Excentricidad y localización de sonido

En la localización de sonido, dos micrófonos ocupan los focos. Se mide la diferencia de tiempo con que les llega el mismo sonido, y multiplicada por la velocidad del sonido da $2a$: la fuente está sobre una rama de una hipérbola conocida.

Dos micrófonos A y B en los focos y una fuente de sonido P sobre la rama derecha de una hipérbola, más cerca de B A B P d(P, A) − d(P, B) = 2a, constante
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Calcula la excentricidad de la hipérbola cuya ecuación general viene dada por la expresión $16x^2 - 9y^2 = 144$.

Calcula la excentricidad de la hipérbola cuya ecuación general viene dada por la expresión $16x^2 - 9y^2 = 144$.

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El sistema de navegación LORAN determina la posición de un barco midiendo la diferencia de tiempo en la recepción de señales de dos estaciones de radio. Las estaciones…

El sistema de navegación LORAN determina la posición de un barco midiendo la diferencia de tiempo en la recepción de señales de dos estaciones de radio. Las estaciones $A$ y $B$ están situadas en un sistema de coordenadas cartesianas en los puntos $(-60, 0)$ y $(60, 0)$, con las distancias expresadas en kilómetros. Un barco $P$ recibe la señal de $A$ un tiempo después que la de $B$, lo que indica que el barco está $100\text{ km}$ más cerca de $B$ que de $A$. Determina la ecuación de la hipérbola sobre la que navega el barco y calcula la distancia del barco a la estación $B$ si se sabe que su ordenada es $y = 45\text{ km}$.

X Y A B P
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Una lámpara de mesa proyecta luz hacia arriba y hacia abajo formando un cono luminoso. Al colocarla cerca de una pared vertical, el borde de la zona iluminada forma una…

Una lámpara de mesa proyecta luz hacia arriba y hacia abajo formando un cono luminoso. Al colocarla cerca de una pared vertical, el borde de la zona iluminada forma una hipérbola. Midiendo sobre la pared y tomando el suelo como eje de abscisas, se observa que el centro de la hipérbola está a $80\text{ cm}$ de altura. El vértice de la rama superior está a $100\text{ cm}$ del suelo. Si a una altura de $180\text{ cm}$ del suelo la anchura total de la zona iluminada es de $96\text{ cm}$, determina la excentricidad de la hipérbola proyectada.

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Focos en el eje $y$ y centro desplazado

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Halla la ecuación de la hipérbola centrada en el origen que tiene un foco en el punto $F(0, \sqrt{13})$ y en la que una de sus asíntotas es la recta de ecuación…

Halla la ecuación de la hipérbola centrada en el origen que tiene un foco en el punto $F(0, \sqrt{13})$ y en la que una de sus asíntotas es la recta de ecuación $2x - 3y = 0$.

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Dada la ecuación general de una cónica $9x^2 - 4y^2 + 54x + 16y + 29 = 0$, agrúpala completando cuadrados para demostrar que se trata de una hipérbola. Calcula las…

Dada la ecuación general de una cónica $9x^2 - 4y^2 + 54x + 16y + 29 = 0$, agrúpala completando cuadrados para demostrar que se trata de una hipérbola. Calcula las coordenadas de su centro, de sus focos y de sus vértices.

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Rectas y hipérbolas

Para hallar los puntos comunes entre una recta y una hipérbola, resuelves el sistema por sustitución: reemplazas $y$ en la ecuación de la hipérbola y queda una ecuación cuadrática en $x$.

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Calcula los puntos de intersección de la recta $x - y - 2 = 0$ y la hipérbola $x^2 - 2y^2 = 2$. A continuación, determina la longitud exacta de la cuerda que delimita la…

Calcula los puntos de intersección de la recta $x - y - 2 = 0$ y la hipérbola $x^2 - 2y^2 = 2$. A continuación, determina la longitud exacta de la cuerda que delimita la recta al cortar la cónica.

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Determina los valores del parámetro $k$ para los cuales la recta $y = x + k$ es tangente, secante o exterior a la hipérbola $x^2 - 2y^2 = 4$.

Determina los valores del parámetro $k$ para los cuales la recta $y = x + k$ es tangente, secante o exterior a la hipérbola $x^2 - 2y^2 = 4$.

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Estudia, en función del parámetro $m$, la posición relativa de la familia de rectas $y = mx - 1$ respecto a la hipérbola equilátera $x^2 - y^2 = 1$. Especifica para qué…

Estudia, en función del parámetro $m$, la posición relativa de la familia de rectas $y = mx - 1$ respecto a la hipérbola equilátera $x^2 - y^2 = 1$. Especifica para qué valores de $m$ la recta corta a una sola rama, a ambas ramas, es tangente o no corta a la curva.

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Tangente y normal

Para la hipérbola $xy=k$, la tangente en un punto $(x_0, y_0)$ de la curva es $y_0x+x_0y=2k$. Corta al eje $x$ en $x=\dfrac{2k}{y_0}=2x_0$ y al eje $y$ en $y=2y_0$; el triángulo con los ejes tiene base $2|x_0|$ y altura $2|y_0|$, así que su área es $\dfrac{2|x_0|\cdot 2|y_0|}{2}=2|x_0y_0|=2k$.

Para una tangente desde un punto exterior $P$, plantea $y-y_P=m(x-x_P)$ y usa la condición de tangencia: queda una ecuación en $m$ y sus soluciones son las pendientes.

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Encuentra la ecuación de la recta tangente y de la recta normal a la hipérbola $\frac{x^2}{16} - \frac{y^2}{9} = 1$ en el punto $P\left(5, \frac{9}{4}\right)$.

Encuentra la ecuación de la recta tangente y de la recta normal a la hipérbola $\frac{x^2}{16} - \frac{y^2}{9} = 1$ en el punto $P\left(5, \frac{9}{4}\right)$.

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Halla las ecuaciones de las rectas tangentes a la hipérbola $x^2 - 4y^2 = 4$ trazadas desde el punto exterior $P(1, 1)$.

Halla las ecuaciones de las rectas tangentes a la hipérbola $x^2 - 4y^2 = 4$ trazadas desde el punto exterior $P(1, 1)$.

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Problemas y aplicaciones

Muchos problemas piden identificar los datos como $a$, $b$ o $c$ y armar el sistema que los vincula. Algunos consejos:

  • Un dato sobre las asíntotas (ángulo, pendiente) te da $\dfrac{b}{a}$. Si el ángulo entre las asíntotas es $2\alpha$, entonces $\dfrac{b}{a}=\tan\alpha$.

  • Una distancia vértice-foco vale $c-a$.

  • Si te dan dos puntos de la curva, cada uno da una ecuación con $a^2$ y $b^2$ como incógnitas: es un sistema lineal en $\dfrac{1}{a^2}$ y $\dfrac{1}{b^2}$.

  • Si un lugar geométrico se define con una condición algebraica (producto de pendientes, por ejemplo), escribe $P(x; y)$ y simplifica hasta llegar a la forma reducida.

  • En la hipérbola $xy=k$ las asíntotas son los ejes coordenados y es equilátera. Su tangente en $(x_0, y_0)$ es $y_0x+x_0y=2k$.

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En el diseño de una torre de refrigeración para una central térmica, la estructura tiene forma de hiperboloide de revolución. La sección transversal vertical es una…

En el diseño de una torre de refrigeración para una central térmica, la estructura tiene forma de hiperboloide de revolución. La sección transversal vertical es una hipérbola con el centro en el origen de coordenadas. La torre tiene una altura total de $160\text{ m}$. La parte más estrecha (la garganta) tiene un diámetro de $60\text{ m}$ y se encuentra a una altura de $120\text{ m}$ sobre la base. Además, el diámetro en la parte más alta de la torre es de $100\text{ m}$. Determina la ecuación de la hipérbola que perfila la torre y calcula el diámetro de la base circular.

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Un cometa interestelar se aproxima al sistema solar siguiendo una trayectoria hiperbólica, con el Sol situado en uno de sus focos. En su aproximación máxima (perihelio),…

Un cometa interestelar se aproxima al sistema solar siguiendo una trayectoria hiperbólica, con el Sol situado en uno de sus focos. En su aproximación máxima (perihelio), el cometa pasa a $2\text{ UA}$ (unidades astronómicas) del Sol. Las observaciones astronómicas indican que el ángulo que forman las dos asíntotas de la trayectoria del cometa es de $60^\circ$. Tomando el Sol en el foco de abscisa positiva y el eje focal sobre el eje $X$ (con el vértice a la izquierda del Sol), determina la ecuación de la trayectoria del cometa y la distancia a la que se encontrará del Sol cuando cruce la vertical del Sol.

Esquema de la trayectoria hiperbólica del cometa alrededor del SolXYOAsíntota60°Trayectoriad = ?SolV2 UACometa
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Encuentra el lugar geométrico de los puntos $P(x, y)$ tales que el producto de las pendientes de las rectas que los unen con los puntos fijos $A(4, 0)$ y $B(-4, 0)$ es…

Encuentra el lugar geométrico de los puntos $P(x, y)$ tales que el producto de las pendientes de las rectas que los unen con los puntos fijos $A(4, 0)$ y $B(-4, 0)$ es igual a $\frac{9}{16}$. Demuestra analíticamente que se trata de una hipérbola, halla su ecuación reducida, las coordenadas de sus focos y su excentricidad.

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Demuestra de forma analítica que el área del triángulo formado por cualquier recta tangente a la hipérbola equilátera de ecuación $xy = k$ (con $k > 0$) y los dos ejes…

Demuestra de forma analítica que el área del triángulo formado por cualquier recta tangente a la hipérbola equilátera de ecuación $xy = k$ (con $k > 0$) y los dos ejes de coordenadas es independiente del punto de tangencia. Calcula dicho valor constante en función del parámetro $k$.

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En el diseño de un telescopio reflector tipo Cassegrain, el espejo principal es parabólico y el espejo secundario tiene la forma de una rama de hipérbola. El foco del…

En el diseño de un telescopio reflector tipo Cassegrain, el espejo principal es parabólico y el espejo secundario tiene la forma de una rama de hipérbola. El foco del espejo parabólico coincide con uno de los focos de la hipérbola, situado a $120\text{ cm}$ por delante del vértice del espejo secundario. La imagen final se forma en el otro foco de la hipérbola, situado a $30\text{ cm}$ por detrás de dicho vértice (es decir, la distancia total entre los dos focos es $150\text{ cm}$). Calcula la ecuación de la hipérbola que define el espejo secundario y su excentricidad, situando el centro de la hipérbola en el origen de coordenadas y el eje focal en el eje de abscisas.

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Determina la ecuación de una hipérbola con centro en el origen y ejes coincidentes con los ejes de coordenadas, sabiendo que pasa por los puntos $A(4, \sqrt{3})$ y…

Determina la ecuación de una hipérbola con centro en el origen y ejes coincidentes con los ejes de coordenadas, sabiendo que pasa por los puntos $A(4, \sqrt{3})$ y $B(2\sqrt{3}, 1)$. A partir de la ecuación obtenida, calcula la distancia exacta entre sus focos.

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Sea la hipérbola de ecuación $\frac{x^2}{a^2} - \frac{y^2}{b^2} = 1$. Encuentra, en función de $a$, $b$ y $c$, las coordenadas de los puntos $P$ pertenecientes a la…

Sea la hipérbola de ecuación $\frac{x^2}{a^2} - \frac{y^2}{b^2} = 1$. Encuentra, en función de $a$, $b$ y $c$, las coordenadas de los puntos $P$ pertenecientes a la curva desde los cuales el segmento que une los dos focos $F$ y $F'$ se ve bajo un ángulo recto (es decir, los radios vectores $PF$ y $PF'$ son perpendiculares). Demuestra analíticamente que siempre existen dichos puntos para cualquier hipérbola, independientemente de su excentricidad.

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Resumen

Vuelve al principio: con los datos de los dos micrófonos armas la ecuación de la hipérbola, y un tercer micrófono da una segunda curva cuya intersección fija la posición de la fuente.

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