Bài 35. Sự thống nhất giữa ba đường conic
Chương 3. Ba đường conic và ứng dụng
1. Giao của mặt phẳng với mặt nón tròn xoay
Tình huống mở đầu
Máy bay bay nhanh hơn vận tốc âm thanh tạo ra một làn sóng âm thanh hình nón (nón Mach) và gây tiếng nổ siêu thanh; những người ở các vị trí cùng chịu tiếng ồn mạnh cùng lúc nằm trên một nhánh hypebol. Để giải thích, ta tìm hiểu giao của mặt phẳng và mặt nón.
Lịch sử và định nghĩa
Các đường conic được phát hiện và nghiên cứu từ hơn 2 000 năm trước. Menaechmus (khoảng 380–320 TCN) được cho là người đầu tiên nghiên cứu các đường conic khi xét giao của mặt phẳng với mặt nón tròn xoay. Apollonius (khoảng 262–190 TCN), qua bộ sách tám cuốn, đưa ra các từ elip, parabol, hypebol và cắt mặt nón đôi thay vì mặt nón đơn.
Kết luận: giao của một mặt nón tròn xoay với một mặt phẳng không đi qua đỉnh là một đường tròn hoặc một đường conic (elip, parabol hoặc một nhánh/hai nhánh hypebol tuỳ vị trí mặt phẳng).
Kết luận: giao của một mặt nón tròn xoay với một mặt phẳng không đi qua đỉnh là một đường tròn hoặc một đường conic (elip, parabol hoặc một nhánh/hai nhánh hypebol tuỳ vị trí mặt phẳng).
Ứng dụng
Nón Mach giao với mặt đất (coi như phẳng) theo một đường tròn hay đường conic; nếu máy bay bay song song với mặt đất thì tại mỗi thời điểm giao là một nhánh hypebol; ánh sáng từ đèn bàn tạo trên tường vùng sáng giới hạn bởi một nhánh hypebol. Với hình học không gian lớp 11, có thể biện luận chi tiết hơn và thấy vai trò của tâm sai. Trải nghiệm: dùng đèn pin tạo vùng sáng hình tròn hoặc conic trên mặt phẳng.
2. Xác định đường conic theo tâm sai và đường chuẩn
Định nghĩa thống nhất
Cho số dương , điểm và đường thẳng không đi qua . Tập hợp những điểm thoả mãn là một đường conic có tâm sai , nhận là một tiêu điểm và là đường chuẩn ứng với tiêu điểm đó. Hơn nữa:
- Nếu thì conic là elip;
- Nếu thì conic là parabol;
- Nếu thì conic là hypebol.
Ví dụ 1
Lập phương trình conic có tâm sai 2, một tiêu điểm , đường chuẩn .
Vận dụng 2 – xác định dạng quỹ đạo theo tâm sai
Sao chổi Halley (0,967), Hale-Bopp (0,995), Hyakutake (0,999) có nên quỹ đạo là elip; sao chổi E và Oumuamua (1,201) có nên quỹ đạo là hypebol. (Người biên soạn xác định theo định lí trên; sách chỉ nêu bảng.)
Em có biết: sao chổi là thiên thể gồm khí đóng băng, đá và bụi; sao chổi có quỹ đạo parabol hay hypebol chỉ đi qua hệ Mặt Trời một lần. Theo sách, với vận tốc tại đỉnh quỹ đạo và là khoảng cách từ Mặt Trời tới đỉnh: quỹ đạo elip khi , parabol khi , hypebol khi (với kg⁻ kg).
Em có biết: sao chổi là thiên thể gồm khí đóng băng, đá và bụi; sao chổi có quỹ đạo parabol hay hypebol chỉ đi qua hệ Mặt Trời một lần. Theo sách, với vận tốc tại đỉnh quỹ đạo và là khoảng cách từ Mặt Trời tới đỉnh: quỹ đạo elip khi , parabol khi , hypebol khi (với kg⁻ kg).



