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־!
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
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 ומדריכהּ הישר .
בדיקה: המדריך הוא — בדיוק כנתון. ✓
שלב 1 — מזהים את התבנית הקנונית
פרבולה קנונית (קודקוד בראשית, ציר ה-x ציר הסימטריה) שמוקדה . במשוואתה , מהו ערכו של המקדם K?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
דוגמה 2: מהמשוואה אל המוקד והמדריך
נתונה הפרבולה . מצאו את המוקד ואת משוואת המדריך.
שלב 1 — משווים לתבנית הקנונית
נתונה הפרבולה הקנונית . מהו המוקד שלה?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
דוגמה 3: בדיקה אם נקודה על הפרבולה (ישירות מההגדרה)
לפרבולה מוקד ומדריך . בדקו שהנקודה נמצאת על הפרבולה בעזרת ההגדרה (מרחקים).
שלב 1 — מרחק מהמדריך
על הפרבולה 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 .
לכל נקודה על העקום מתקיים (כי ) — מתאים לפתיחה שמאלה.
שלב 1 — לאיזה כיוון נפתחת?
בדיקה מהירה
על הפרבולה 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
המשוואה הקנונית פותרת ל־x כפונקציה של y (), ולכן הציר שלה הוא ציר ה־x ולא ציר ה־y.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: חושבים שהמוקד נמצא על הפרבולה או על המדריך
לפרבולה המוקד הוא (2,0). נבדוק: — המוקד אינו על הפרבולה.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מבלבלים בין p ל- בזיהוי המוקד והמדריך
ב־: המקדם 2p=12 ולכן p=6. המוקד הוא — לא (6,0) ולא (12,0).
למה זה קורה?
איך מתקנים?
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!