הגדרת הפרבולה והמשוואה הקנונית

30%
📖שיעור
50 דקות

הגדרת הפרבולה והמשוואה הקנונית

נגדיר את הפרבולה כמקום גאומטרי של כל הנקודות שמרחקן מישר (המדריך) שווה למרחקן מנקודה (המוקד), נבחר מערכת צירים נוחה ונסיק את המשוואה הקנונית y2=2pxy^{2}=2px.

הגדרת הפרבולה והמשוואה הקנונית

מבוא

מטרות השיעור

  • להגדיר את הפרבולה כמקום גאומטרי: אוסף כל הנקודות שמרחקן מישר נתון (המַדריך) שווה למרחקן מנקודה נתונה (המוקד)
  • להבחין בין הפרבולה כעצם גאומטרי לבין הפונקציה הריבועית שכבר מוכרת לכם
  • לבחור מערכת צירים מתאימה שבה תתקבל המשוואה הפשוטה ביותר — המשוואה הקנונית
  • לגזור את המשוואה הקנונית ישירות מההגדרה
  • לזהות מתוך המשוואה את המוקד, המדריך והקודקוד

הרעיון המרכזי

הגדרת הפרבולה (מקום גאומטרי)

נתונים במישור ישר d (נקרא המַדריך, directrix) ונקודה F שאינה על הישר (נקראת המוקד, focus).

הפרבולה היא המקום הגאומטרי של כל הנקודות P במישור שמרחקן מהמדריך שווה למרחקן מהמוקד:

הנקודה האמצעית שבין המוקד למדריך — הקרובה ביותר לשניהם — נקראת קודקוד הפרבולה (vertex). הישר העובר דרך המוקד ומאונך למדריך הוא ציר הסימטריה של הפרבולה.

שימו לב: זו אינה ה־y=ax2y=ax^{2}!

בכיתות י׳–י״א פגשתם פרבולה כגרף של פונקציה ריבועית. כאן הגישה הפוכה: הפרבולה מוגדרת תחילה כעצם גאומטרי (אוסף נקודות עם תכונת מרחק), והמשוואה שלה נובעת מההגדרה. זו אותה משפחת עקומים, אך נסתכל עליה כעל חתך חרוט — אח של המעגל, האליפסה וההיפרבולה — ולא כעל "מכונה" שמקבלת x ומחזירה y.

בחירת מערכת הצירים והמשוואה הקנונית

המרחק בין המוקד למדריך נסמן p (כאשר p>0). נבחר מערכת צירים חכמה שתפשט את החישוב:

  • נציב את הקודקוד בראשית הצירים.
  • נציב את המוקד על ציר ה־x בנקודה .
  • המדריך יהיה הישר האנכי .

בבחירה זו הקודקוד נמצא באמת באמצע בין המוקד למדריך, ושניהם במרחק ממנו. נראה מיד שההגדרה מובילה למשוואה הקנונית:


גזירת המשוואה הקנונית

מההגדרה אל המשוואה — שרשרת שקילויות

תהי P=(x,y) נקודה כללית במישור.

המרחק מהמדריך (ישר אנכי) הוא המרחק האופקי:

המרחק מהמוקד :

נדרוש שוויון ונעלה בריבוע (שני האגפים אי־שליליים, ולכן ההעלאה בריבוע היא שקילות):

נפתח את הריבועים: .

נצמצם ואת משני האגפים, ונקבל , כלומר:

זוהי המשוואה הקנונית של הפרבולה. מ.ש.ל.

קריאת הנתונים מתוך y2=2pxy^{2}=2px

בהינתן משוואה קנונית (עם p>0):

  • קודקוד: הראשית (0,0).
  • מוקד: .
  • מדריך: הישר .
  • ציר הסימטריה: ציר ה־x.
  • הפרבולה "נפתחת" לכיוון ה־x החיובי (אם p>0). אם הצורה היא עם p>0, היא נפתחת לכיוון ה־x השלילי, המוקד ב־ והמדריך .

דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: מהמוקד והמדריך אל המשוואה

מצאו את משוואת הפרבולה שמוקדה F=(3,0)F=(3,0) ומדריכהּ הישר x=3x=-3.

בדיקה: המדריך הוא — בדיוק כנתון. ✓

1

שלב 1 — מזהים את התבנית הקנונית

המוקד על ציר ה-x בצד החיובי, והמדריך אנכי וסימטרי לו ביחס לראשית. לכן זו פרבולה קנונית y2=2pxy^{2}=2px עם קודקוד בראשית.
תשובה מספרית

פרבולה קנונית (קודקוד בראשית, ציר ה-x ציר הסימטריה) שמוקדה (5,0)(5,0). במשוואתה y2=Kxy^{2}=Kx, מהו ערכו של המקדם K?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: מהמשוואה אל המוקד והמדריך

נתונה הפרבולה y2=8xy^{2}=8x. מצאו את המוקד ואת משוואת המדריך.

1

שלב 1 — משווים לתבנית הקנונית

מ-y2=2pxy^{2}=2px ו-y2=8xy^{2}=8x נקבל 2p=82p = 8, כלומר p=4p = 4.
בדיקה מהירה

נתונה הפרבולה הקנונית y2=8xy^{2}=8x. מהו המוקד שלה?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 3: בדיקה אם נקודה על הפרבולה (ישירות מההגדרה)

לפרבולה y2=8xy^{2}=8x מוקד (2,0)(2,0) ומדריך x=2x=-2. בדקו שהנקודה (2,4)(2,4) נמצאת על הפרבולה בעזרת ההגדרה (מרחקים).

1

שלב 1 — מרחק מהמדריך

המרחק האופקי מהישר x=2:2(2)=2+2=4x=-2: |2-(-2)| = |2+2| = 4.
תשובה מספרית

על הפרבולה y2=8xy^{2}=8x נמצאת נקודה שערך ה-x שלה הוא 2 וערך ה-y שלה חיובי. מהו ערך ה-y של הנקודה?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: פרבולה הנפתחת שמאלה

מצאו את משוואת הפרבולה שקודקודה בראשית, צירהּ ציר ה-x, והמדריך שלה הוא x=5x=5.

לכל נקודה על העקום מתקיים (כי ) — מתאים לפתיחה שמאלה.

1

שלב 1 — לאיזה כיוון נפתחת?

המדריך מימין לקודקוד (x=5>0)(x=5>0), ולכן הפרבולה נפתחת שמאלה והמוקד בצד השלילי. התבנית: y2=2pxy^{2}=-2px עם p>0p>0.

בדיקה מהירה

תשובה מספרית

על הפרבולה y2=8xy^{2}=8x נמצאת נקודה P שמרחקה מהמוקד שווה ל-5. מהו ערך ה-x של הנקודה P?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: מבלבלים בין הפרבולה־מקום־גאומטרי לבין הפונקציה y=ax2y=ax^{2}

המשוואה הקנונית פותרת ל־x כפונקציה של y (), ולכן הציר שלה הוא ציר ה־x ולא ציר ה־y.

למה זה קורה?

בשנים קודמות פגשתם פרבולה רק כגרף פונקציה ריבועית, ולכן מחפשים מיד נוסחה מהצורה y=ax2+bx+cy=ax^{2}+bx+c.

איך מתקנים?

כאן ההגדרה היא דרך מרחקים: dist(P,מדריך)=dist(P=dist(P,מוקד). המשוואה הקנונית y2=2pxy^{2}=2px נובעת מההגדרה — שימו לב שכאן x הוא ריבועי לעומת y, בניגוד ל-y=ax2y=ax^{2}.

טעות נפוצה: חושבים שהמוקד נמצא על הפרבולה או על המדריך

לפרבולה המוקד הוא (2,0). נבדוק: — המוקד אינו על הפרבולה.

למה זה קורה?

הציור לעיתים מטעה, ונדמה שהמוקד 'שייך' לעקום.

איך מתקנים?

המוקד נמצא בתוך 'חלל' הפרבולה, במרחק p2\frac{p}{2} מהקודקוד. הוא אינו על העקום ואינו על המדריך.

טעות נפוצה: מבלבלים בין p ל-p2\frac{p}{2} בזיהוי המוקד והמדריך

ב־: המקדם 2p=12 ולכן p=6. המוקד הוא — לא (6,0) ולא (12,0).

למה זה קורה?

המקדם במשוואה הקנונית הוא 2p, אך המוקד והמדריך מוגדרים דרך p2\frac{p}{2} — קל להתבלבל בין הגדלים.

איך מתקנים?

כתבו תמיד y2=2pxy^{2}=2p \cdot x, חלצו את p מתוך השוויון 2p=2p=המקדם, ורק אז חשבו מוקד (p2,0)(\frac{p}{2,0}) ומדריך x=p2x=-\frac{p}{2}.

סיכום

מה למדנו?

הגדרת הפרבולה: המקום הגאומטרי של כל הנקודות שמרחקן מהמדריך שווה למרחקן מהמוקד:

גזירת המשוואה הקנונית: בחירת קודקוד בראשית, מוקד ומדריך , מובילה (לאחר העלאה בריבוע וצמצום) ל־

קריאה מהמשוואה: מ־ מקבלים 2p= המקדם, ואז מוקד , מדריך , קודקוד בראשית וציר הסימטריה ציר ה־x.

בשיעור הבא נסיק מהמשוואה הקנונית את תכונת הסימטריה של הפרבולה.


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן על המעבר בין ההגדרה הגאומטרית למשוואה הקנונית ובחזרה!

תרגול