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3° CT · Matemática
Cónicas · Cónicas

Parábola

Te conviene dominar: Distancia entre dos puntos (1.° de Educación Media Superior (bachillerato))
Te conviene dominar: Pol. de segundo grado: Parábolas (1.° de Educación Media Superior (bachillerato))

La antena parabólica de una casa de Rocha, el faro de un auto y el reflector de un telescopio tienen algo en común. Todo rayo que llega paralelo al eje rebota y pasa por el mismo punto, el foco. ¿Por qué la parábola hace eso y dónde hay que poner el receptor? Lo vas a responder al final, a partir de cómo se define la parábola como lugar geométrico.

La parábola como lugar geométrico

En 1.° ya viste la parábola como gráfica de $y=ax^2+bx+c$. Ahora la vemos como lo que es: un lugar geométrico, es decir, el conjunto de todos los puntos que cumplen una condición de distancias.

Fijate que $P$ se mueve y las dos distancias cambian, pero siempre son iguales. El punto del medio entre el foco y la directriz (el más cercano a ambos) es el vértice $V$. La recta perpendicular a la directriz que pasa por $F$ es el eje de simetría.

Parábola con foco F, vértice V, directriz d y un punto P de la curva cuya distancia a F es igual a su distancia a la directriz. directriz d F V P d(P,F) = d(P,d)

Para hallar la ecuación se plantea siempre con un punto genérico $P(x,y)$: se escriben las dos distancias, se igualan y se eleva al cuadrado.

Si la directriz no es horizontal ni vertical, la distancia de $P(x,y)$ a la recta $ax+by+c=0$ es $\dfrac{|ax+by+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}$. El procedimiento es el mismo.

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Halla el lugar geométrico de los puntos del plano que equidistan del punto $A(0, 4)$ y de la recta horizontal $y = -4$.

Halla el lugar geométrico de los puntos del plano que equidistan del punto $A(0, 4)$ y de la recta horizontal $y = -4$.

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Utilizando la definición de parábola como lugar geométrico, halla la ecuación general de la parábola cuyo foco es el punto $F(2, 3)$ y cuya directriz es la recta oblicua…

Utilizando la definición de parábola como lugar geométrico, halla la ecuación general de la parábola cuyo foco es el punto $F(2, 3)$ y cuya directriz es la recta oblicua $x + y - 1 = 0$.

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Ecuación canónica con vértice en el origen

Colocamos el vértice en el origen y el eje sobre el eje $x$. Llamamos $p$ a la distancia del foco a la directriz (con signo: $p>0$ si la parábola se abre hacia $+x$). El vértice está en el medio, a $\tfrac p2$ de cada uno.

Parábola y² = 2px con vértice V en el origen, foco F a la derecha del vértice y directriz vertical a la izquierda. x = −p/2 V F(p/2; 0)

Podés explorar cómo cambia la abertura con $p$. En la gráfica de $y=\dfrac{x^2}{2p}$, un $p$ chico da una parábola "cerrada" y un $p$ grande, una "abierta".

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Determina las coordenadas del vértice, el foco y la ecuación de la directriz de la parábola de ecuación $y^2 = -10x$.

Determina las coordenadas del vértice, el foco y la ecuación de la directriz de la parábola de ecuación $y^2 = -10x$.

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Halla la ecuación de la parábola con vértice en el origen, eje de simetría coincidente con el eje de abscisas y que pasa por el punto $P(-2, 4)$.

Halla la ecuación de la parábola con vértice en el origen, eje de simetría coincidente con el eje de abscisas y que pasa por el punto $P(-2, 4)$.

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Parábola trasladada y ecuación general

Si el vértice es $V(x_0,y_0)$ y el eje sigue paralelo a un eje coordenado, se traslada la canónica. Aquí $p$ sigue siendo la distancia con signo del foco a la directriz.

Parábola de eje horizontal con vértice V(x₀; y₀) desplazado del origen, foco F sobre el eje de simetría paralelo al eje x. V(x₀; y₀) F

Para pasar de la general a la canónica se completan cuadrados solo en la variable que está al cuadrado.

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Escribe la ecuación de la parábola cuyo vértice es el punto $V(2, -1)$ y cuya directriz es la recta $x = 4$.

Escribe la ecuación de la parábola cuyo vértice es el punto $V(2, -1)$ y cuya directriz es la recta $x = 4$.

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Identifica si la ecuación general $y^2 - 4y - 6x + 10 = 0$ corresponde a una parábola y, en caso afirmativo, halla las coordenadas de su vértice.

Identifica si la ecuación general $y^2 - 4y - 6x + 10 = 0$ corresponde a una parábola y, en caso afirmativo, halla las coordenadas de su vértice.

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Dada la ecuación general de la parábola $x^2 - 6x - 8y + 25 = 0$, completa cuadrados para expresarla en su forma reducida trasladada y determina las coordenadas de su…

Dada la ecuación general de la parábola $x^2 - 6x - 8y + 25 = 0$, completa cuadrados para expresarla en su forma reducida trasladada y determina las coordenadas de su vértice, su foco y la ecuación de su directriz.

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Hallar la parábola a partir de datos

Muchos problemas dan puntos de la parábola y no el foco. La idea es elegir bien el sistema de ejes, plantear la forma canónica con $p$ desconocido (o la forma $y=ax^2+bx+c$ si el eje es vertical) y usar los puntos para hallar las constantes.

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Un arco parabólico de un puente de piedra tiene una luz (anchura en la base) de $40\text{ m}$ y una altura máxima de $10\text{ m}$. Calcula la altura a la que se…

Un arco parabólico de un puente de piedra tiene una luz (anchura en la base) de $40\text{ m}$ y una altura máxima de $10\text{ m}$. Calcula la altura a la que se encuentra el arco a una distancia horizontal de $8\text{ m}$ del centro de la base.

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Determina la ecuación de la parábola de eje vertical que pasa por los puntos $A(-1, 0)$, $B(1, -2)$ y $C(3, 4)$.

Determina la ecuación de la parábola de eje vertical que pasa por los puntos $A(-1, 0)$, $B(1, -2)$ y $C(3, 4)$.

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Un cañón de agua lanza un chorro cuya trayectoria describe una parábola. El agua sale desde el origen de coordenadas y el chorro alcanza una altura máxima de…

Un cañón de agua lanza un chorro cuya trayectoria describe una parábola. El agua sale desde el origen de coordenadas y el chorro alcanza una altura máxima de $15\text{ m}$ a una distancia horizontal de $20\text{ m}$. Determina analíticamente si el chorro de agua logrará pasar por encima de un muro de $10\text{ m}$ de altura situado a $30\text{ m}$ de distancia horizontal del punto de salida.

10 m 30 m 15 m 20 m
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Recta y parábola: secante, tangente y exterior

Para estudiar la posición de una recta y una parábola se resuelve el sistema de las dos ecuaciones. Se despeja una variable de la recta y se sustituye en la parábola, lo que da una ecuación de segundo grado. Su discriminante $\Delta$ decide:

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

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

  • $\Delta<0$: ningún punto (exterior).

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Calcula las coordenadas de los puntos de intersección de la parábola $x^2 = 4y$ con la recta bisectriz del primer cuadrante $y = x$.

Calcula las coordenadas de los puntos de intersección de la parábola $x^2 = 4y$ con la recta bisectriz del primer cuadrante $y = x$.

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Estudia la posición relativa de la recta $r: 2x + y - 3 = 0$ y la parábola $y^2 = 4x$. Si se cortan, halla la longitud exacta de la cuerda que determina la recta al…

Estudia la posición relativa de la recta $r: 2x + y - 3 = 0$ y la parábola $y^2 = 4x$. Si se cortan, halla la longitud exacta de la cuerda que determina la recta al intersecar con la parábola.

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Determina el valor del parámetro $k$ para que la recta $y = 2x + k$ sea tangente a la parábola $x^2 = 2y$.

Determina el valor del parámetro $k$ para que la recta $y = 2x + k$ sea tangente a la parábola $x^2 = 2y$.

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Rectas tangentes

Hay tres formas de hallar una tangente, y todas llevan al mismo resultado.

Las otras dos formas sirven cuando no se conoce el punto de contacto. Una es plantear la recta con pendiente $m$ (por un punto dado) e imponer $\Delta=0$, como en la sección anterior. La otra, con derivada: si se pide la tangente con una pendiente dada, se resuelve $y'=m$.

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Encuentra la ecuación de la recta tangente a la parábola $y^2 = 8x$ en el punto de ordenada $y = 4$.

Encuentra la ecuación de la recta tangente a la parábola $y^2 = 8x$ en el punto de ordenada $y = 4$.

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Halla las ecuaciones de las rectas tangentes a la parábola $y^2 = 4x$ trazadas desde el punto exterior $P(-1, 0)$.

Halla las ecuaciones de las rectas tangentes a la parábola $y^2 = 4x$ trazadas desde el punto exterior $P(-1, 0)$.

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Determina las coordenadas del punto de la parábola $x^2 = 4y$ que se encuentra a la menor distancia posible de la recta $r: x - y - 4 = 0$. Calcula, además, dicha…

Determina las coordenadas del punto de la parábola $x^2 = 4y$ que se encuentra a la menor distancia posible de la recta $r: x - y - 4 = 0$. Calcula, además, dicha distancia mínima.

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Proyección del foco sobre las tangentes

La proyección ortogonal de un punto $Q$ sobre una recta $t$ es el punto $H$ de $t$ más cercano a $Q$. Es el pie de la perpendicular a $t$ trazada por $Q$.

Si $Q$ es fijo y $t$ cambia (por ejemplo, todas las tangentes de una parábola), los puntos $H$ forman un lugar geométrico. Para hallarlo se toma una tangente genérica, se proyecta y se ve qué relación cumplen las coordenadas de $H$.

Para eso necesitamos la tangente de pendiente $m\ne0$ a $y^2=2px$. Sustituimos $y=mx+n$: $m^2x^2+(2mn-2p)x+n^2=0$. Tangente significa $\Delta=0$: $(2mn-2p)^2-4m^2n^2=4p^2-8mnp=0$, y entonces $n=\dfrac{p}{2m}$. La tangente es $y=mx+\dfrac{p}{2m}$.

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Dada la parábola de ecuación $y^2 = 2px$, demuestra analíticamente que el lugar geométrico de las proyecciones ortogonales del foco sobre las infinitas rectas tangentes…

Dada la parábola de ecuación $y^2 = 2px$, demuestra analíticamente que el lugar geométrico de las proyecciones ortogonales del foco sobre las infinitas rectas tangentes a la parábola es exactamente la recta tangente en el vértice.

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Lugares geométricos que dan parábolas y circunferencias

A veces la parábola aparece sin decirlo. Un ejemplo clásico: los centros de las circunferencias que pasan por un punto $F$ y son tangentes a una recta $d$ forman una parábola de foco $F$ y directriz $d$.

¿Por qué? Si el centro es $C$, el radio es la distancia $d(C,F)$ (porque pasa por $F$) y también la distancia de $C$ a la recta (porque es tangente). Entonces $d(C,F)=d(C,d)$, que es la definición de la parábola.

También podés combinar la parábola con una circunferencia: una circunferencia queda determinada por tres puntos, y se plantea $x^2+y^2+Dx+Ey+F=0$.

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Halla el lugar geométrico de los centros de las circunferencias que son tangentes a la recta $y = -2$ y pasan simultáneamente por el punto $P(0, 2)$. Identifica la…

Halla el lugar geométrico de los centros de las circunferencias que son tangentes a la recta $y = -2$ y pasan simultáneamente por el punto $P(0, 2)$. Identifica la cónica resultante y detalla sus elementos principales.

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Halla la ecuación de la circunferencia que pasa por el vértice de la parábola $y^2 = 8x$ y por los dos puntos de intersección de dicha parábola con la recta vertical…

Halla la ecuación de la circunferencia que pasa por el vértice de la parábola $y^2 = 8x$ y por los dos puntos de intersección de dicha parábola con la recta vertical $x = 2$.

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La propiedad reflectora

Volvemos al principio. ¿Por qué una antena parabólica concentra la señal en el foco?

Dos rayos paralelos al eje llegan a la parábola, se reflejan y pasan por el foco F. F rayos paralelos al eje, reflejados hacia el foco

Una demostración analítica: en $y^2=2px$ con $F\left(\tfrac p2,0\right)$, la tangente en $P(x_0,y_0)$ es $y_0y=p(x+x_0)$. Corta el eje $x$ ($y=0$) en $T(-x_0,0)$. Entonces $d(F,T)=\dfrac p2+x_0$, y por la definición de parábola $d(P,F)=d(P,d)=x_0+\dfrac p2$. Como $FT=FP$, el triángulo $FTP$ es isósceles y sus ángulos en $T$ y en $P$ son iguales. El ángulo en $T$ es el que forma la tangente con el eje, y por ser el rayo incidente paralelo al eje, es igual al ángulo entre la tangente y el rayo incidente. Entonces el ángulo entre la tangente y $PF$ es igual al ángulo entre la tangente y el rayo incidente: el rayo reflejado va por $F$.

Y así se cierra el gancho del principio. En una parábola, la distancia al foco es igual a la distancia a la directriz, y eso hace que la tangente forme ángulos iguales con el rayo paralelo y con la recta al foco. Por eso, un rayo paralelo se refleja pasando siempre por $F$.

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El perfil de un faro halógeno de automóvil tiene forma de parábola. Si su ecuación respecto a un sistema de referencia centrado en el vértice es $y^2 = 12x$ (con las…

El perfil de un faro halógeno de automóvil tiene forma de parábola. Si su ecuación respecto a un sistema de referencia centrado en el vértice es $y^2 = 12x$ (con las medidas expresadas en centímetros), ¿a qué distancia del vértice debe colocarse la bombilla para que los rayos de luz se reflejen paralelos al eje de simetría?

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El reflector de una antena parabólica tiene un diámetro exterior de $2\text{ m}$ y una profundidad máxima de $0,25\text{ m}$. Determina a qué distancia del vértice se…

El reflector de una antena parabólica tiene un diámetro exterior de $2\text{ m}$ y una profundidad máxima de $0,25\text{ m}$. Determina a qué distancia del vértice se encuentra el foco donde debe situarse el receptor de la señal.

F 2 m 0,25 m
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Se considera un espejo parabólico cuya sección responde a la ecuación $y^2 = 4x$. Un rayo de luz, paralelo al eje de abscisas, incide sobre el espejo en el punto…

Se considera un espejo parabólico cuya sección responde a la ecuación $y^2 = 4x$. Un rayo de luz, paralelo al eje de abscisas, incide sobre el espejo en el punto $P(1, 2)$. Demuestra de forma analítica que la recta que contiene al rayo reflejado pasa exactamente por el foco de la parábola.

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Resumen

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