תכונות הסימטריה של הפרבולה

30%
📖שיעור
45 דקות

תכונות הסימטריה של הפרבולה

נסיק ישירות מהמשוואה הקנונית y2=2pxy^{2}=2px שהפרבולה סימטרית ביחס לציר ה-x, נזהה את ציר הסימטריה והקודקוד, ונראה מדוע אין סימטריה ביחס לציר ה-y.

תכונות הסימטריה של הפרבולה

מבוא

מטרות השיעור

  • להסיק מתוך המשוואה הקנונית שהפרבולה סימטרית ביחס לציר ה־x
  • להבין את כלי ההיגיון: בדיקת השפעת ההחלפה על המשוואה
  • לזהות את ציר הסימטריה (ציר ה־x) ואת הקודקוד (הראשית)
  • לנמק מדוע לפרבולה הקנונית אין סימטריה ביחס לציר ה־y ואין סימטריה ביחס לראשית
  • להבדיל בין סימטריה של פרבולה (ציר יחיד) לסימטריה של מעגל או אליפסה

הרעיון המרכזי

מהי סימטריה ביחס לציר?

עקום סימטרי ביחס לציר ה־x אם לכל נקודה (x,y) עליו, גם הנקודה המשוקפת (x,-y) נמצאת עליו. כלומר: שיקוף העקום ביחס לציר ה־x מחזיר את אותו העקום בדיוק.

הדרך האנליטית לבדוק זאת: מחליפים במשוואה y ב־-y. אם המשוואה אינה משתנה, העקום סימטרי ביחס לציר ה־x. באופן דומה, החלפת x ב־-x בודקת סימטריה ביחס לציר ה־y.

המשפט: הפרבולה הקנונית סימטרית ביחס לציר ה-x

טענה: הפרבולה סימטרית ביחס לציר ה־x.

הוכחה: נניח ש־ נקודה כלשהי על הפרבולה, כלומר . נבדוק אם הנקודה המשוקפת גם היא על הפרבולה. נציב אותה במשוואה:

קיבלנו בדיוק את התנאי שהנחנו, ולכן מקיימת את המשוואה ונמצאת על הפרבולה. מכיוון שזה נכון לכל נקודה, הפרבולה סימטרית ביחס לציר ה־x. מ.ש.ל.

באופן שקול: ההחלפה אינה משנה את (כי ), ומכאן הסימטריה.

ציר הסימטריה, הקודקוד וקשר להגדרה

  • ציר הסימטריה של הוא ציר ה־x (הישר y=0). זהו בדיוק הישר העובר דרך המוקד ומאונך למדריך — בהתאמה מלאה להגדרה הגאומטרית.
  • הקודקוד הוא הנקודה היחידה של הפרבולה הנמצאת על ציר הסימטריה: הראשית (0,0).
  • הסימטריה אינה מקרית: ההגדרה (מרחק שווה ממוקד וממדריך) סימטרית מעצמה ביחס לישר המאונך למדריך דרך המוקד.

מה אין לפרבולה — שלא כמו מעגל ואליפסה

נבדוק סימטריה ביחס לציר ה־y: נחליף ב־ ונקבל — משוואה שונה (פרבולה הנפתחת לכיוון ההפוך). לכן הפרבולה הקנונית אינה סימטרית ביחס לציר ה־y, וגם אינה סימטרית ביחס לראשית. זאת בניגוד למעגל ולאליפסה הקנוניים, שלהם שני צירי סימטריה.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: הוכחת הסימטריה במקרה מספרי

הוכיחו שהפרבולה y2=12xy^{2}=12x סימטרית ביחס לציר ה-x.

— ההחלפה אינה משנה את המשוואה.

1

שלב 1 — מניחים נקודה כללית

תהי (x0,y0)(x_{0},y_{0}) על הפרבולה, כלומר y02=12x0y_{0}^{2}=12x_{0}.
נכון או לא נכון

נכון או לא נכון: הפרבולה y2=10xy^{2}=10x סימטרית ביחס לציר ה-x.

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: מציאת הנקודה הסימטרית

הנקודה (3,6)(3, 6) נמצאת על הפרבולה y2=12xy^{2}=12x. מצאו את הנקודה הסימטרית לה ביחס לציר הסימטריה של הפרבולה, וודאו שהיא על הפרבולה.

1

שלב 1 — מזהים את ציר הסימטריה

המשוואה קנונית y2=12xy^{2}=12x, ולכן ציר הסימטריה הוא ציר ה-x.
בדיקה מהירה

מהו ציר הסימטריה של הפרבולה הקנונית y2=2px(y^{2}=2px (עם p>0)p>0)?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 3: למה אין סימטריה ביחס לציר ה-y

הסבירו מדוע הפרבולה y2=8xy^{2}=8x אינה סימטרית ביחס לציר ה-y, באמצעות נקודה לדוגמה ובאמצעות המשוואה.

— משוואה שונה.

1

שלב 1 — נקודה לדוגמה

הנקודה (2,4)(2,4) על הפרבולה (42=16=82)(4^{2}=16=8 \cdot 2). הנקודה המשוקפת ביחס לציר ה-y היא (2,4)(-2,4).
בדיקה מהירה

איזו מהקביעות הבאות נכונה לגבי הסימטריה של הפרבולה הקנונית y2=2pxy^{2}=2px?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: שימוש בסימטריה לקיצור חישוב

פרבולה y2=2pxy^{2}=2px עוברת דרך (2,4)(2,4). מצאו את כל נקודות החיתוך של הפרבולה עם הישר האנכי x=2x=2, והשתמשו בסימטריה.

— זוג סימטרי ביחס לציר ה־x.

1

שלב 1 — מוצאים את p

מהנקודה (2,4):16=2p2=4p(2,4): 16=2p \cdot 2=4p, לכן p=4p=4 והמשוואה y2=8xy^{2}=8x.

בדיקה מהירה

תשובה מספרית

המיתר של הפרבולה y2=8xy^{2}=8x המאונך לציר הסימטריה ועובר דרך המוקד נקרא 'מיתר ישר' (latus rectum). מהו אורכו?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: חושבים שלפרבולה שני צירי סימטריה

: המשוואה נשמרת. : מתקבל — משוואה שונה. ציר אחד בלבד.

למה זה קורה?

מערבבים בין הפרבולה למעגל ולאליפסה, שלהם אכן שני צירי סימטריה.

איך מתקנים?

לפרבולה הקנונית y2=2pxy^{2}=2px יש ציר סימטריה יחיד — ציר ה-x. החלפת y ב-−y משאירה את המשוואה, אך החלפת x ב-−x משנה אותה.

טעות נפוצה: מוכיחים סימטריה בעזרת דוגמה מספרית בודדת

ההוכחה הכללית: — נכון לכל נקודה, ולכן הסימטריה מוכחת לכל העקום.

למה זה קורה?

בודקים נקודה אחת ומסיקים ממנה על כל העקום.

איך מתקנים?

הוכחה דורשת נקודה כללית (x0,y0):(x_{0},y_{0}): מניחים y02=2px0y_{0}^{2}=2px_{0} ומראים ש-(x0,y0)(x_{0},-y_{0}) מקיימת את המשוואה. דוגמה בודדת ממחישה אך אינה מוכיחה.

טעות נפוצה: מבלבלים בין שיקוף ביחס לציר ה-x לשיקוף ביחס לציר ה-y

עבור : השיקוף שומר על העקום; השיקוף מוציא ממנו.

למה זה קורה?

לא ברור איזה שיעור מחליף סימן בכל שיקוף.

איך מתקנים?

שיקוף ביחס לציר ה-x מחליף את סימן y בלבד: (x,y)→(x,−y). שיקוף ביחס לציר ה-y מחליף את סימן x: (x,y)→(−x,y).

סיכום

מה למדנו?

תכונת הסימטריה של הפרבולה הקנונית :

  1. הפרבולה סימטרית ביחס לציר ה־x, כי ההחלפה אינה משנה את המשוואה.
  2. ציר הסימטריה הוא ציר ה־x — הישר דרך המוקד המאונך למדריך.
  3. הקודקוד הוא הנקודה היחידה על ציר הסימטריה: הראשית (0,0).
  4. אין סימטריה ביחס לציר ה־y ואין ביחס לראשית — בניגוד למעגל ולאליפסה.

כלי המפתח: סימטריה נבדקת ומוכחת מתוך המשוואה באמצעות החלפת סימן, ולא באמצעות דוגמה בודדת.

בשיעור הבא נמצא את משיק הפרבולה ונחקור מצבים הדדיים בין ישר/מעגל לפרבולה.


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן על הסקת הסימטריה מהמשוואה הקנונית ועל זיהוי ציר הסימטריה והקודקוד!

תרגול