משיק ומצבים הדדיים של פרבולה

30%
📖שיעור
55 דקות

משיק ומצבים הדדיים של פרבולה

נגזור את משוואת המשיק לפרבולה בנקודה עליה (yy0=p(x+x0))(y \cdot y_{0}=p(x+x_{0})), ונקבע מצבים הדדיים בין ישר לפרבולה ובין מעגל לפרבולה לפי מספר הפתרונות של מערכת המשוואות.

משיק ומצבים הדדיים של פרבולה

מבוא

מטרות השיעור

  • לגזור את שיפוע המשיק לפרבולה בנקודה עליה בעזרת גזירה סתומה
  • לקבל את נוסחת המשיק בנקודה שעל הפרבולה:
  • לקבוע את המצב ההדדי בין ישר לפרבולה: שתי נקודות חיתוך, השקה, או אי־חיתוך — לפי מספר פתרונות המערכת (דיסקרימיננטה)
  • לקבוע את המצב ההדדי בין מעגל לפרבולה בדרך דומה
  • להיזהר מהמלכודת: ישר המקביל לציר הסימטריה נפגש בנקודה אחת אך אינו משיק

הרעיון המרכזי

שיפוע המשיק — גזירה סתומה

נתונה הפרבולה . נגזור את שני האגפים ביחס ל־x, כאשר y תלוי ב־x (גזירה סתומה):

לכן שיפוע המשיק בנקודה שעל הפרבולה (עם ) הוא .

(בקודקוד (0,0) מתקבל שיפוע אינסופי — המשיק הוא הישר האנכי x=0, כלומר ציר ה־y.)

נוסחת המשיק בנקודה על הפרבולה

נכתוב את ישר המשיק דרך בשיפוע :

נכפול ב־: .

הנקודה על הפרבולה, ולכן . נציב:

קיבלנו את נוסחת המשיק:

הנוסחה תקפה גם בקודקוד (נותנת 0=px, כלומר x=0 — ציר ה־y).

מצב הדדי בין ישר לפרבולה — שיטת ההצבה והדיסקרימיננטה

כדי לקבוע כמה נקודות משותפות לישר ולפרבולה, פותרים את המערכת בהצבה. עבור ישר לא מקביל לציר הסימטריה, y=mx+c (עם ), נציב ב־:

זו משוואה ריבועית ב־x. מספר הפתרונות נקבע מהדיסקרימיננטה :

  • : שתי נקודות חיתוך (הישר חותך).
  • : נקודה אחת — שורש כפול (הישר משיק).
  • : אין פתרון (הישר אינו נפגש עם הפרבולה).

זהירות: ישר המקביל לציר הסימטריה

אם הישר אופקי, y=c (מקביל לציר הסימטריה של ), ההצבה נותנת — משוואה לינארית ב־x עם פתרון יחיד. כאן יש נקודת חיתוך אחת, אך הישר אינו משיק — הוא חוצה את הפרבולה. לכן "נקודה אחת" אינה תמיד "השקה": יש לבדוק את אופי המשוואה.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: משוואת המשיק בנקודה על הפרבולה

מצאו את משוואת המשיק לפרבולה y2=8xy^{2}=8x בנקודה (2,4)(2, 4).

בדיקת שיפוע: ✓, והמשיק עובר דרך (2,4): 4=2+2 ✓.

1

שלב 1 — מזהים את p ובודקים שהנקודה על הפרבולה

מ-y2=8x:2p=8,p=4y^{2}=8x: 2p=8, p=4. בדיקה: 42=16=824^{2}=16=8 \cdot 2 ✓, הנקודה על הפרבולה.

דוגמה 2: מצב הדדי — ישר חותך

קבעו את המצב ההדדי בין הישר y=x2y=x-2 לפרבולה y2=8xy^{2}=8x.

1

שלב 1 — מציבים

מציבים y=x2y=x-2 ב-y2=8x:(x2)2=8xy^{2}=8x: (x-2)^{2} = 8x.
תשובה מספרית

מהו שיפוע המשיק לפרבולה y2=4xy^{2}=4x בנקודה (1,2)(1, 2)?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

בדיקה מהירה

מהו שיפוע המשיק לפרבולה y2=8xy^{2}=8x בנקודה (2,4)(2, 4)?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 3: מצב הדדי — ישר משיק (השקה)

קבעו את המצב ההדדי בין הישר y=x+2y=x+2 לפרבולה y2=8xy^{2}=8x.

(שורש כפול) — נקודת ההשקה (2,4).

1

שלב 1 — מציבים

(x+2)2=8x(x+2)^{2} = 8x.
בדיקה מהירה

מהו המצב ההדדי בין הישר y=x2y=x-2 לבין הפרבולה y2=8xy^{2}=8x?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: ישר מקביל לציר — נקודה אחת אך לא משיק

כמה נקודות משותפות לישר y=4y=4 ולפרבולה y2=8xy^{2}=8x? האם הישר משיק?

— משוואה לינארית (לא ריבועית): מפגש יחיד שאינו השקה.

1

שלב 1 — מציבים

y=4y=4 ב-y2=8x:16=8xy^{2}=8x: 16 = 8x.

דוגמה 5: מצב הדדי בין מעגל לפרבולה

מצאו את נקודות החיתוך של המעגל x2+y2=24x^{2}+y^{2}=24 והפרבולה y2=8xy^{2}=8x.

; פוסלים x=-10 (כי ), ומקבלים .

שימו לב לשיקול האיכותני: שורש שלילי של x נפסל כי על הפרבולה .

1

שלב 1 — מציבים y2y^{2} מהפרבולה למעגל

y2=8xy^{2}=8x, ולכן x2+8x=24x^{2} + 8x = 24.

בדיקה מהירה

תשובה מספרית

בכמה נקודות נחתכים המעגל x2+y2=20x^{2}+y^{2}=20 והפרבולה y2=8xy^{2}=8x?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: גוזרים את y2=2pxy^{2}=2px כאילו y קבוע

. בנקודה השיפוע הוא .

למה זה קורה?

מתייחסים ל-y2y^{2} כמספר ולא כפונקציה של x, ומקבלים נגזרת אפס.

איך מתקנים?

y תלוי ב-x — משתמשים בגזירה סתומה: (y2)=2yy(y^{2})'=2y \cdot y'. מ-2yy=2p2y \cdot y'=2p מקבלים שיפוע משיק py0\frac{p}{y_{0}}.

טעות נפוצה: חושבים שנקודת חיתוך אחת = משיק

y=4 ו־: 16=8x — לינארית, מפגש יחיד שאינו השקה.

למה זה קורה?

מזהים השקה עם 'נקודה אחת בלבד', ושוכחים מקרה מיוחד.

איך מתקנים?

ישר המקביל לציר הסימטריה (y=c(y=c לפרבולה y2=2px)y^{2}=2px) נפגש בנקודה אחת אך חוצה את הפרבולה — אינו משיק. השקה = שורש כפול של משוואה ריבועית (Δ=0)(\Delta =0).

טעות נפוצה: מסיקים מצב הדדי מהדיסקרימיננטה בצורה הפוכה

בדוגמה 3: , — השקה. אילו היה , לא היה מפגש כלל.

למה זה קורה?

מתבלבלים בין Δ=0\Delta =0 ל-Δ<0\Delta <0.

איך מתקנים?

Δ>0\Delta >0 — שתי נקודות (חותך);Δ=0; \Delta =0 — נקודה אחת בשורש כפול (משיק);Δ<0; \Delta <0 — אין מפגש. השקה היא Δ=0\Delta =0, לא Δ<0\Delta <0.

טעות נפוצה: שוכחים לפסול שורשים שאינם על הפרבולה

בדוגמה 5: x=-10 נפסל כי על הפרבולה; נשאר רק x=2.

למה זה קורה?

פותרים את המשוואה הריבועית ולא בודקים את התחום (x0(x \ge 0 ל-y2=2pxy^{2}=2px עם p>0)p>0).

איך מתקנים?

על הפרבולה y2=2pxy^{2}=2px מתקיים x0(x \ge 0 (כי y20)y^{2} \ge 0). שורש x שלילי אינו מתאר נקודת מפגש — פוסלים אותו.

סיכום

מה למדנו?

משיק לפרבולה בנקודה שעליה:

  • שיפוע (גזירה סתומה): .
  • נוסחת המשיק: .

מצב הדדי ישר–פרבולה (לישר לא מקביל לציר): מציבים, מקבלים משוואה ריבועית, ובוחנים דיסקרימיננטה — חותך, משיק, אין מפגש.

מצב הדדי מעגל–פרבולה: מציבים במשוואת המעגל, פותרים ל־x, פוסלים שורשים שליליים (כי ), ומחשבים y.

אזהרה: ישר מקביל לציר הסימטריה נפגש בנקודה אחת אך אינו משיק.

בשיעור הבא נפתור בעיות מקום גאומטרי שהפתרון שלהן הוא פרבולה.


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן על מציאת משיקים וקביעת מצבים הדדיים בין ישר/מעגל לפרבולה!

תרגול