Feladat: 378. matematika feladat Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Bakos T. ,  Hajós György ,  Klein Eszter ,  Molnár L. ,  Scholcz P. ,  Szekeres Gy. ,  Tóvárosi Fischer György ,  Turán Pál 
Füzet: 1928/szeptember, 18 - 21. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Parabola egyenlete, Hiperbola egyenlete, Hiperbola, mint mértani hely, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1928/április: 378. matematika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

I. Megoldás. Az adott α szög szárai érintsék az y2=2px parabolát; adva van tgα=m.
A parabolának (x1, y1), ill. (x2, y2) pontjában húzott érintő egyenlete:

yy1-p(x+x1)=0,(1)
ill.
yy2-p(x+x2)=0.(2)
Tekintettel arra, hogy y12=2px1, és y22=2px2, az érintők egyenlete így is írható:
2px-2y1y+y12=0,(1a)
ill.
2px-2y2y+y22=0.(2a)

Az (1a) és (2a) érintők metszéspontjának koordinátáit kell kiszámítanunk. Az (1a) és (2a) elsőfokú egyenletekből álló rendszerre nézve:
D=|2p-2y12p-2y2|=4p(y1-y2);Dx=|-y12-2y1-y22-2y2|=2y1y2(y1-y2);Dy=|2p-2y122p-2y22|=2p(y12-y22)x=DxD=2y1y2(y1-y2)4p(y1-y2)=y1y22p,(3)y=DyD=2p(2y1-y22)4p(y1-y2)=y1+y22.(4)


x és y az érintők metszéspontjának koordinátái. Az érintők hajlásszögére nézve pedig:
tgα=D4p2+4y1y2=4p(y1-y2)4p2+4y1y2=p(y1-y2)p2+2px=y1-y2p+2x=m.(5)

A (3), (4) és (5) egyenletekből y1-t és y2-t kiküszöbölve, x és y között összefüggést nyerünk; ez lesz a keresett mértani helynek egyenlete. (5)-ből
(y1-y2)2=m2(p+2x)2;
A (3) és (4) alapján : (y1-y2)2=(y1+y2)2-4y1y2=4y2-8px.
Eszerint
4y2-8px=m2(p+2x)2(6)
lesz a szög csúcsának mértani helye, ha a szög szárai a parabolát érintik. A (6) egyenletet rendezzük és
4m2x2+4p(m2+2)x-4y2+m2p2=0(6a)
alakban írva, 4m2-tel tagonként osztunk; a baloldal első két tagját teljes négyzetté egészítjük ki, miáltal az
[x+p(m2+2)2m2]2-y2m2=p2(m2+1)m4(7)
egyenlethez jutunk; ebből kiolvashatjuk, hogy hiperbolával van dolgunk, melynek valós tengelye az X tengely, képzetes tengelye az Y tengellyel párhuzamos és középpontját
(-p(m2+2)2m2,0)
koordináták határozzák meg. Ha a hiperbola féltengelyei a és b, úgy
a=|p(m2+1)12m2|ésb=|p(m2+1)12m|

Az aszimptoták irányhatározói: ±m.
Ha m=0, akkor (6)-ból a mértani hely egyenlete:
4y2-8px=0,vagyisy2=2px.
Ebben az esetben az adott parabolával van dolgunk, mert ebben az esetben a két érintő összeesik és a mozgó szög csúcsa a parabola illető pontja.
A hiperbola egyenlőoldalú, ha a=b; ezen eset nyilván akkor áll elő, ha m=±1, azaz a mozgó szög szárai 45-ú (135-ú) szöget zárnak be. Ekkor a=b=p2.
Ha a mozgó szög 90-ú, akkor tgα=; az (5)-ből következik, hogy most
p+2x=0,azazx=-p2,
azaz a hiperbolából egyenes lesz, még pedig a parabola irányvonala.
Megjegyzendő még, hogy ha a hiperbola egyik ágán fekvő pontokból a parabolához húzott érintők szöge α úgy a másik ágán fekvő pontokból a parabolához húzott érintők szöge π-α.
 

Tóvárosi Fischer György (I. é. gépészmérnök hallgató, Bp.)

 

II. Megoldás. A parabola azon ismeretes tulajdonságából indulunk ki, hogy a gyújtópontjából az érintőire húzott merőlegesek talppontjainak mértani helye a parabola csúcsérintője. Legyen tehát F a parabola gyújtópontja, t egyenes a tengelye és e a csúcsérintője. P a keresett mértani hely egy pontja; ezen pontból a parabolához húzott érintők szöge tehát α és ezen érintők az e egyenest A, ill. B pontban metszik. A bevezetésben említett tulajdonságánál fogva F, P, A, B pontok az FP átmérőjű körön feküsznek. Ha ezen kör O középpontját az A és B pontokkal összekötjük, AO és BO az A-ban, ill. B-ben az e egyenesre emelt merőlegessel az állandó α szöget zárja be, úgy hogy AO||FX és BO||FY azaz AO és BO iránya állandó.
 
 

AFB^=α. Forgassuk ezen szög szárait F körül, az FA sugársor és FB sugársor kongruensek, tehát projektív vonatkozásban állanak egymáshoz; így az A pontsor is projektív a B pontsorhoz. Ha tehát az A pontsorozat pontjait az FX egyenes végtelenben fekvő pontjával, a B pontsorozat megfelelő pontjait az FY egyenes végtelenben fekvő pontjával kötjük össze, ismét két projektív sugársort kapunk. A megfelelő sugarak metszőpontja, O eszerint kúpszeletet ír le, mely keresztűlmegy a projektív sugársorok tartóin: az FX és FY egyenesek végtelenben fekvő pontjain. E kúpszeletnek így két végtelenben fekvő pontja van, tehát hiperbola.
Ha azonban az O pont hiperbolát ír le, akkor a P pont evvel hasonló hiperbolát ír le, mert hiszen FP=2FO. E hiperbolák aszimptotái 2α szöget zárnak be egymással.
A metrikus relációk megállapítása céljából, vegyük azon két esetet, amidőn az A és B pontok szimmetrikus helyzetűek a t egyenesre nézve; az egyik esetben A1FB1^=α, a másik esetben A2FB2^=π-α. A megfelelő P1, ill. P2 pontok a t egyenesen feküsznek, amely egyenes egyszersmind a P mértani helyéül szolgáló hiperbola valós tengelye tartozik lenni, tekintettel arra, hogy a P pontok erre nézve szimmetrikus helyzetűek.
 
 

Ha a parabola paramétere p, akkor
A1F=p2cosα2ésC1F=p2cos2α2;
analógiával:
C2F=p2cos2(π2-α2).
A hiperbola valós tengelye: 2a=C1C2=p2[1cos2(π2-α2)-1cos2α2]=
=p2[21+cos(π-α)-21+cosα]=p(11-cosα-11+cosα)=2pcosαsin2α.

Minthogy az aszimptoták szöge 2α, b=atgα=psinα.*
 

Hajós György (kegyesrendi gimn. VII. o. Bp.)


*a és b ezen értékei megegyeznek az I. megoldásban nyert értékekkel!