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2° curso · Matemática
Cónicas · Cónicas

La elipse

Te conviene dominar: Lugares geométricos (9.° grado de la Educación Escolar Básica (3er ciclo))
Te conviene dominar: Teorema de Pitágoras (1.er curso de la Educación Media (Bachillerato Científico, plan común))

Clavá dos chinches en una tabla, atá los extremos de un hilo a cada una y trazá con un lápiz manteniendo el hilo siempre tenso: dibujás una elipse. Es la curva de las órbitas de los planetas (con el Sol en un foco, no en el centro) y de las salas con «efecto susurro». ¿Por qué dos personas ubicadas en puntos especiales de una sala elíptica se escuchan aunque hablen bajito? Lo vas a explicar al final de la página.

La elipse como lugar geométrico

Un punto P recorre la elipse; los segmentos hacia los focos F1 y F2 cambian de longitud, pero su suma sigue siendo 2a. F₁ F₂ P d(P,F₁) + d(P,F₂) = 2a, siempre lo mismo

Con el hilo ocurre lo mismo: su largo es la suma de las dos distancias y no cambia. Si necesitás recordar qué significa «lugar geométrico», probá este interactivo:

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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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Ecuación a partir de la definición

Para hallar la ecuación se plantea la condición de distancias y se simplifica. Veamos el caso de focos en $(\pm c; 0)$.

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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 reducida

Elementos de la elipse centrada en el origen: semiejes a y b, vértices, focos F1 y F2 y el triángulo rectángulo con a² = b² + c². a b F₁(-c; 0) F₂(c; 0)

Puntos interiores y exteriores

Un punto $P(x_1; y_1)$ se compara con la elipse calculando $\dfrac{x_1^2}{a^2}+\dfrac{y_1^2}{b^2}$: si da $1$, está en la elipse; si da menos que $1$, es interior; si da más que $1$, es exterior.

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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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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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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

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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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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Aplicaciones con la ecuación reducida

Con $a$, $b$ y $c$ se resuelven situaciones reales: un puente con arco elíptico, una sala con efecto susurro o un engranaje. El método es siempre el mismo: ubicá el centro en el origen, hallá $a$ y $b$ y usá la ecuación.

Ahora podés cerrar el gancho: en una sala elíptica, el sonido que sale de un foco rebota en la pared y llega al otro foco. Todos los recorridos foco–pared–foco miden lo mismo, $2a$, así que las ondas llegan juntas y se refuerzan.

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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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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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Ecuación general y elipses trasladadas

Si el centro es $(h; k)$, la ecuación se traslada igual que la de la circunferencia: se cambia $x$ por $x-h$ e $y$ por $y-k$.

$$\frac{(x-h)^2}{a^2}+\frac{(y-k)^2}{b^2}=1$$ Elipse con centro desplazado al punto (h; k), con sus semiejes paralelos a los ejes de coordenadas. a b C(h; k)
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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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Intersección con una recta

Para saber cómo se cruzan una recta y una elipse, se reemplaza la recta en la ecuación de la elipse y se obtiene una ecuación de segundo grado. Su discriminante $\Delta$ decide:

Tres posiciones de una recta respecto de una elipse: secante, tangente y exterior. secante tangente exterior

Rectas tangentes con una condición

Para hallar tangentes por un punto exterior o con una pendiente dada, planteá la recta con un parámetro (pendiente $m$ o ordenada $n$), reemplazala en la elipse e imponé $\Delta=0$.

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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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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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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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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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Lugares geométricos que dan una elipse

Algunos problemas piden demostrar que un lugar geométrico es una elipse. Se plantea la condición, se simplifica y se reconoce la ecuación reducida. Tres situaciones típicas:

  • Cociente de distancias: los puntos cuya distancia a un foco es una fracción $e<1$ de su distancia a una recta fija forman una elipse de excentricidad $e$.

  • Circunferencia «aplastada»: si cada punto $A(x; y)$ de $x^2+y^2=r^2$ pasa a $P(x; ky)$ con $0

  • Circunferencias tangentes: si el centro $P$ de una circunferencia es tangente interior a otra de radio $R$ y centro $O$, y pasa por un punto fijo $A$, resulta $d(P,O)+d(P,A)=R$: suma constante, o sea elipse de focos $O$ y $A$.

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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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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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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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Problemas con elipses

Para resolver problemas combiná lo visto: ecuación reducida, relación $c^2=a^2-b^2$, la definición $d_1+d_2=2a$ y, si hace falta, trigonometría o álgebra.

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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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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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Volvé al principio: en una sala elíptica, el sonido que parte de un foco rebota en la pared y llega al otro foco, porque todos los caminos foco–pared–foco miden lo mismo, $2a$. Por eso se escucha hasta un susurro.

Resumen

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