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Cónicas · Cónicas

La elipse

Te conviene dominar: Lugares geométricos (3° básico (Ciclo Básico))
Te conviene dominar: Teorema de Pitágoras (2° básico (Ciclo Básico))

Ixchel clava dos clavos en una tabla de madera, ata los extremos de un hilo a cada uno y traza con un lapicero manteniendo el hilo siempre tenso: dibuja una elipse. Es la curva de las órbitas de los planetas (con el Sol en un foco, no en el centro) y de salas llamadas «galerías de los susurros», donde un susurro en un punto se oye clarísimo en otro muy lejano. ¿Por qué ocurre eso? Lo vamos a explicar aquí. Además, con GeoGebra puedes repetir la construcción del hilo: ubica dos focos, un punto P y comprueba que $d(P,F_1)+d(P,F_2)$ no cambia al moverlo. Las elipses también aparecen en el arte guatemalteco: en los arcos de Antigua Guatemala y en los diseños de muchos tejidos y huipiles.

La elipse como lugar geométrico

Animación de la definición de la elipse: el punto P recorre la elipse y los segmentos hacia los focos F1 y F2 cambian de longitud, uno se alarga mientras el otro se acorta, y su suma sigue siendo 2a. F₁ F₂ d(P,F₁) + d(P,F₂) = 2a, siempre lo mismo P es el punto naranja que recorre la elipse

Si necesitas recordar qué significa «lugar geométrico», juega con este caso más sencillo, la circunferencia (un solo centro, una sola distancia):

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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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Elementos y ecuación ordinaria

Elementos de la elipse centrada en el origen: semiejes mayor a y menor b, vértices, focos F₁ y F₂ a distancia c del centro, y el triángulo rectángulo que ilustra la relación a² = b² + c². a b F₁(-c, 0) F₂(c, 0)
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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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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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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 excentricidad: cuánto se achata la elipse

Comparación visual de tres elipses con diferente 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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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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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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Elipses trasladadas y ecuación general

Si el centro no está en el origen, se hace como con la circunferencia: se cambia $x$ por $x-h$ e $y$ por $y-k$. Con centro $C(h,k)$ y eje mayor horizontal:

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

Si el eje mayor es vertical, $a^2$ va bajo $(y-k)^2$. Los vértices y focos se desplazan igual que el centro: con eje mayor horizontal, los focos son $(h\pm c,\,k)$.

Elipse con centro trasladado al punto (h, k), con sus semiejes a y b y sus focos sobre una recta paralela al eje X. a b centro (h, k)

Al desarrollar la ecuación ordinaria se obtiene la ecuación general $Ax^2+Cy^2+Dx+Ey+F=0$, con $A$ y $C$ del mismo signo y distintos. Para volver a la forma ordinaria se completan cuadrados.

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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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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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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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Puntos y rectas respecto a la elipse

Para un punto $P(x_0,y_0)$ y la elipse $\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1$, evalúa $\dfrac{x_0^2}{a^2}+\dfrac{y_0^2}{b^2}$:

  • si da $1$, el punto está en la elipse;

  • si da menos de $1$, está dentro (interior);

  • si da más de $1$, está fuera (exterior).

Para una recta, sustituye su ecuación en la de la elipse. Queda una ecuación cuadrática y su discriminante $\Delta$ decide: $\Delta>0$ la recta es secante (dos puntos), $\Delta=0$ es tangente (un punto) y $\Delta<0$ es exterior (ninguno).

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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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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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Rectas tangentes

Una recta es tangente cuando toca la elipse en un solo punto. Hay dos caminos.

Con el discriminante. Se escribe la recta con un parámetro (pendiente $m$ o término independiente $k$), se sustituye en la elipse y se impone $\Delta=0$.

Con la fórmula del punto de tangencia. Si $(x_0,y_0)$ está en $\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1$, la tangente en ese punto es

$$\frac{x_0x}{a^2}+\frac{y_0y}{b^2}=1.$$

Para tangentes desde un punto exterior, se usa la recta $y-y_1=m(x-x_1)$ y se impone $\Delta=0$: salen dos valores de $m$.

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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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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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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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Problemas y lugares geométricos

Muchos problemas se resuelven en dos pasos: identificar $a$, $b$ y $c$, y escribir la ecuación para sustituir datos.

La galería de los susurros. Una sala elíptica funciona porque cualquier sonido sale de un foco, rebota en la pared y llega al otro foco: todos los recorridos miden lo mismo, $2a$, y por eso llegan juntos y se refuerzan.

Otras caracterizaciones. La elipse también es el lugar de los puntos cuya distancia a un foco es $e<1$ veces su distancia a una recta fija (la directriz). Y si se «aplasta» una circunferencia $x^2+y^2=r^2$ multiplicando las ordenadas por un factor $k$ con $0

Circunferencias tangentes interiormente. Dos circunferencias son tangentes por dentro cuando la pequeña (centro $C$, radio $r$) toca a la grande (centro $O$, radio $R$) en un solo punto. Entonces la distancia entre centros es la diferencia de radios: $d(O,C)=R-r$. Si además la pequeña pasa por un punto fijo $A$, su radio es $r=d(C,A)$. Sustituyendo, $d(O,C)+d(C,A)=R$: una suma constante de distancias a dos puntos fijos, o sea una elipse con focos $O$ y $A$.

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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 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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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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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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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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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 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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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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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.

Resolver

Vuelve al principio: en la galería de los susurros, quien susurra en un foco es oído en el otro, porque todos los rebotes recorren la misma distancia total $2a$ y las ondas llegan a la vez.

Resumen

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