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PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Capítulo
1
SISTEMA DE COORDENADAS Demostrar que los puntos A = (0,1) y B = (3,5) ; C = (7,2) y D = (4,−2) son los vértices de un cuadrado. Solución: !
AB =
9 + 16 = 25 = 5
!
BC =
16 + 9 = 25 = 5
!
AD =
9 + 16 = 25 = 5
!
CD =
16 + 9 = 25 = 5
Como :
ˆ
AB = BC = AD = CD = 5
ABCD es un cuadrado.
LQQD
1
Capítulo 1. SISTEMA DE COORDENADAS
Dos de los vértices de un triángulo equilátero son los puntos A = (−1,1) y B = (3,1) . Hallar las coordenadas del tercer vértice. (Dos casos).
Solución: Sea C = (x,y ) el tercer vértice. !
BC = AC
(x − 3)2 + (y − 1)2
! = ! !
De
ˆ
=
(x + 1)2 + (y − 1)2
→
"
BC = AB
(x − 3)2 + (y − 1)2
" y !:
(
= 16
→
!
x =1 y = 1± 2 3
C = 1,1 ± 2 3
)
Dados los puntos P1 = (2,−3) y P2 = (−1,2) encontrar sobre P1 P2 el punto que diste doble de P1 que P2 . Solución: Sea P = (x,y ) el punto pedido. ! r=
!
P2P
=
2 =2 1
x + r x 2 2 + 2(− 1) = = x= 1 1+ r 1+ 2 =
2
PP1
2−2 0 = =0 3 3
!
x=0
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
! y=
y1 + r y 2 − 3 + 2 (2) − 3 + 4 1 = = = 1+ r 1+ 2 3 3
ˆ
1 P = (x, y ) = 0, 3
!
y=
1 3
El lado de un rombo es igual a 5 10 y dos de sus vértices opuestos son los puntos P = (4,9 ) y Q = (− 2,1) . Calcular el área de este rombo. Solución: PQ =
!
36 + 64 =
(
x 2 = 5 10
100 = 10
)2 − 5 2 = 250 − 25
!
x 2 = 225
!
x = 15
Luego : : A =
D × d 30 × 10 = = 150 2 2
!
A = 150 m 2
3
Capítulo 1. SISTEMA DE COORDENADAS
Determinar las coordenadas de los extremos A y B del segmento que es dividido en tres partes iguales por los puntos P = (2,2) y Q = (1,5 ) . Solución: ! Cálculo de A = (x 1 ,y 1 ) : ! r=
!
ˆ
!
AP PQ
=1 1 + x1 2
!
x1 = 3
y +5 2= 1 2
!
y 1 = −1
2=
A = (3, − 1)
Cálculo de B = (x 2 ,y 2 ) :
! r=
ˆ
PQ QB
=1 !
1=
2 + x2 2
!
x2 = 0
5=
2 + y2 2
!
y2 = 8
B = (0,8 )
La longitud del segmento MN es igual a 13; su origen está en el punto M = (3, − 2 ) ; la proyección sobre el eje de abscisas es igual a −12 . Hallar
las coordenadas del otro extremo del segmento, si forma con el eje de ordenadas un ángulo dado.
4
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Solución: ! Si
AB = −12 ! x − 3 = −12
! Si
MN = 13
ˆ
!
!
x = −9
(x − 3 )2 + (y + 2)2
= 13
!
y = −7
N = (x, y ) = (− 9, − 7 )
Tres de los vértices de un paralelogramo son A = (− 1,4 ) , B = (1, − 1) y C = (6,1) . Si la ordenada del cuarto vértice es 6. ¿Cuál es su abscisa?
Solución:
Sea D = ( x ,6) el punto pedido. !
AD = BC
!
(x + 1)2 + (6 − 4) 2
=
(6 − 1)2 + (1 + 1)2 5
Capítulo 1. SISTEMA DE COORDENADAS
Efectuando operaciones: !
x 2 + 2x − 24 = 0
!
x1 = 4 x 2 = −6
Luego : ! D = ( x ,6 ) !
D = (4,6 )
El punto medio de cierto segmento es el punto M = (− 1,2 ) y uno de sus extremos es el punto N = (2,5 ) . Hallar las coordenadas del otro extremo. Solución: Sea P = (x, y ) el punto pedido. !
xM =
!
yM =
ˆ
x + xN 2 y + yN 2
! −1 = !
2=
x+2 ! x = −4 2 y+5 2
!
y = −1
P = (x, y ) = (− 4, − 1)
Los vértices de un triángulo ABC son A = (2, − 1) , B = (− 4,7 ) y C = (8,0 ) . Calcular las coordenadas del baricentro de dicho triángulo. Solución: Sabemos que :
6
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
!
x + x 2 + x3 x= 1 3
! x=
2−4+8 3
!
y + y 2 + y3 y= 1 3
! y=
− 1+ 7 + 0 6 ! y= =2 3 3
ˆ
! x=
6 =2 3
G = (x, y ) = (2,2)
¿Hasta qué punto debe prolongarse el segmento que une los puntos A = (1, − 1) y B = (4,5 ) en la dirección AB, para que su longitud se triplique?
Solución: Sea P = (x, y ) el punto pedido. ! Sabemos :
AB BP
=
1 2
! BP = 2 AB
7
Capítulo 1. SISTEMA DE COORDENADAS
!
(x − 4 )2 + (y − 5 )2
=2
(4 − 1)2 + (5 + 1)2
Efectuando operaciones : ! !
x 2 + y 2 − 8x − 10y − 139 = 0
También : !
→
"
AB + BP = AP
(4 − 1)2 + (5 + 1)2 + (x − 4)2 + (y − 5)2
=
Efectuando operaciones : ! De
ˆ
8
x 2 + y 2 − 8x − 10y + 14 = 0
" y !:
→
x1 = 10 ;
y1 = 17
x 2 = −2 ;
y 2 = −7
P = (x, y ) = (10,17 )
!
(x − 1)2 + (y + 1)2
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Capítulo
2
GRÁFICA DE UNA ECUACIÓN Y LUGARES GEOMÉTRICOS Discutir y graficar las curvas, cuyas ecuaciones son:
16 x 2 − y = 0
Solución: E(x,y ) : 16 x 2 − y = 0
→
!
1º. Intercepciones con los ejes: Eje X :
y = 0 ! 16x 2 = 0 !
Eje Y :
x=0 !
y=0
x=0
!
O = (0,0 )
9
Capítulo 2. GRÁFICA DE UNA ECUACIÓN Y LUGARES GEOMÉTRICOS
2º. Simetría: Eje X :
E(x,− y ) ≠ E(x, y )
Eje Y :
E(− x, y ) = E(x, y )
Origen :
E(− x,− y ) ≠ E(x, y )
Curva simétrica sólo con el eje X
3º. Extensión:
!:
De
y = 16x 2 ;
∀ x∈ú
4º. Asíntotas: No tiene asíntotas, ni horizontales ni verticales. 5º. Cuadro de valores: x
0
1
−1
12
−1 2
....
y
0
16
16
4
4
....
6º. Gráfico:
10
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
xy − 2x − 1 = 0
Solución: E(x, y ) :
xy − 2x − 1 = 0
!
→
1º. Intercepciones con los ejes: A = (− 1 2 ,0 )
Eje X :
y=0 !
x = −1 2;
Eje Y :
x = 0 ! ò intercepci ón con el eje X
2º. Simetría: Eje X :
E(x,− y ) ≠ E(x, y )
Eje Y :
E(− x, y ) ≠ E(x, y )
Origen :
E(− x,− y ) ≠ E(x, y )
Curva no simétrica ni con los ejes ni con el origen
3º. Extensión: De
!:
xy − 2 x − 1 = 0 !
y=
1 + 2x ; x
∀x≠0
4º. Asíntotas: De
!: 1+ 2 x x 1 x= ; y−2 y=
! !
x=0
!
y−2=0 !
y=2
5º. Cuadro de valores: x
1
2
−1
−2
....
y
3
52
1
32
....
11
Capítulo 2. GRÁFICA DE UNA ECUACIÓN Y LUGARES GEOMÉTRICOS
6º. Gráfico:
x3 + y 2 − 4y + 4 = 0
Solución: E(x, y ) :
x 3 + y 2 − 4y + 4 = 0
!
→
1º. Intercepciones con los ejes: A = (− 1.6,0 )
Eje X :
y=0 !
x = −1.6 ;
Eje Y :
x=0 !
y = 2 ; B = (0,2 )
2º. Simetría:
12
Eje X :
E(x,− y ) ≠ E(x, y )
Eje Y :
E(− x, y ) ≠ E(x, y )
Origen :
E(− x,− y ) ≠ E(x, y )
Curva no simétrica ni con los ejes ni con el origen
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
3º. Extensión:
!:
De
y = 2 ± − x3 ;
∀x≤0
4º. Asíntotas: No tiene asíntotas, ni horizontales ni verticales. 5º. Cuadro de valores: x
0
−8 5
−1
−2
....
y
2
0
13 10
24 5 , − 4 5
....
6º. Gráfico:
13
Capítulo 2. GRÁFICA DE UNA ECUACIÓN Y LUGARES GEOMÉTRICOS
y2 =
x2 − 1 x2 − 4
Solución: E(x, y ) :
y2 =
x2 − 1
→
x2 − 4
!
1º. Intercepciones con los ejes: A = (± 1,0 )
Eje X :
y=0 !
x = ±1;
Eje Y :
x=0 !
y = ± 1 2 ; B = (0,± 1 2 )
2º. Simetría: Curva simétrica con los ejes y con el origen. 3º. Extensión:
!:
De
y=±
x2 − 1
∀ x ∈ − ∞, − 2
x2 − 4
∪
[− 1,1]
∪
2, + ∞
4º. Asíntotas:
!:
De !
y=±
!
x=±
x2 − 1 2
x −4
!
4 y2 − 1
!
2
y −1
x2 − 4 = 0 !
x = ±2
y2 − 1 = 0 !
y = ±1
5º. Cuadro de valores:
14
x
1
−1
0
±3
±4
±1 2
.....
y
0
0
±1 2
±1 3
± 11 10
± 24 5
....
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
6º. Gráfico:
(
)
y x2 + 1 = 4
Solución: E(x, y ) :
(
)
y x2 + 1 = 4
→
!
1º. Intercepciones con los ejes:
Eje X :
y = 0 ! ò intercepción con el eje X
Eje Y :
x=0 !
y = 4;
A = (0,4 )
2º. Simetría: Curva simétrica sólo con el eje Y.
15
Capítulo 2. GRÁFICA DE UNA ECUACIÓN Y LUGARES GEOMÉTRICOS
3º. Extensión:
De
!:
y=
2
4
!
x +1
x 2 + 1 = 0;
∀ x∈ú
4º. Asíntotas:
!:
De
4
!
y=
!
x=±
2
x +1 4−y y
!
x2 + 1 = 0 !
x∉ú
y =0 !
y=0
!
5º. Cuadro de valores: x
0
±1
±2
±3
....
y
4
2
45 25
....
6º. Gráfico:
16
( Eje
X)
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Una recta pasa por los dos puntos A = (− 2,−3 ) y B = (4,1) . Si un punto de abscisa 10 pertenece a la recta. ¿Cuál es su ordenada? Solución: Sea
C = (10, y ) el punto pedido.
Dado que :
AB + BC = AC
36 + 16 + 36 + (y − 1)2 =
!
(10 + 2)2 + (y + 3 )2
=
Efectuando operacione s : y=5
!
Hallar la ecuación del lugar geométrico de un punto que se mueve de tal manera que la diferencia de los cuadrados de sus distancias a los dos puntos A = (2,−2) y B = (4,1) es siempre igual a 12. Solución: Sea P = (x, y ) el punto pedido. Entonces de la condición del problema tenemos : !
BP
2
− AP
2
= 12
De donde : ! −
(x − 4)2 + (y − 1)2
2
−
(x − 2)2 + (y + 2)2
2
= 12
Luego, efectuando operaciones : !
4x + 6y + 3 = 0
17
Capítulo 2. GRÁFICA DE UNA ECUACIÓN Y LUGARES GEOMÉTRICOS
Un segmento rectilíneo de longitud 4 se mueve de tal manera que uno de los puntos extremos permanece siempre sobre el eje X y el otro permanece siempre sobre el eje Y. Hallar la ecuación del lugar geométrico del punto medio del segmento. Solución: De la condición : !
PA + PB = 4
(x − x 2)2 + (− y 2)2 +
! +
(x 2)2 + (y
2 − y )2 = 4
Efectuando operacione s : !
x 2 + y 2 = 16
Hallar la ecuación del lugar geométrico de un punto P = (x, y ) , tal que la distancia de P al punto A = (0,6 ) es igual a la mitad de la distancia de P al eje X.
Solución:
De la condición : !
AP =
1 y 2
!
x 2 + (y − 6 )2 =
Luego, efectuando operaciones : !
18
4x 2 + 3 y 2 − 48 y + 144 = 0
1 y 2
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Capítulo
3
LA LÍNEA RECTA Hallar la ecuación de la recta que pasa por los dos puntos A = (4,2 ) y B = (− 5,7 ) .
Solución: Sea
‹ la recta buscada.
Dado que se conocen dos puntos de la recta, se puede conocer su pendiente. A = (4,2) ‹ :
ˆ ‹:
B = (− 5,7 ) y−2 = −
! m‹ = m
5 (x − 4 ) "! 9
AB
=
7−2 5 =− −5−4 9
‹ : 5x + 9 y − 38 = 0 19
Capítulo 3. LA LÍNEA RECTA
Calcular el área del triángulo que forma la recta 3 x − 4 y − 12 = 0 con los ejes coordenados. Solución: !
‹ : 3 x − 4 y − 12 = 0
Luego : !
‹ : 3 x − 4 y = 12
Dividiendo × 2 : !
‹:
x y + =1 ! 4 −3
ˆ A∆ =
4 × (− 3 ) 2
=
12 2
a=4 b = −3
A ∆ = 6u2
"!
Los vértices de un triángulo son A = (0,0 ) , B = (4,2 ) y C = (− 2,6 ) . Obtener las ecuaciones de las rectas que contienen los lados del triángulo. Solución: ! Ecuación de AB : AB :
A = (0,0 ) B = (4,2)
! m
AB
=−
ˆ y − 0 = − (x − 0) "! 1 2
1 2
x − 2y = 0
! Ecuación de BC : BC :
B = (4,2) C = (− 2,6 )
! m
ˆ y − 2 = − (x − 4 ) "! 20
2 3
BC
=−
2 3
2x + 3 y − 14 = 0
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
! Ecuación de AC :
AC :
A = (0,0 ) B = (− 2,6)
! m
ˆ y − 0 = −3(x − 0 ) "!
AC
= −3
3x + y = 0
Encontrar la ecuación de la recta que pasa por A = (4, 8 3 ) y por la intersección de las rectas 3 x − 4 y − 2 = 0 , 9 x − 11y − 6 = 0 Solución:
‹:
A = (4, 8 3 )
Un punto de la recta
‹1: 3x − 4y − 2 = 0 ‹2 : 9 x − 11y − 6 = 0
!
‹1 ∩ ‹2 = B = (2 3 ,0 )
Luego :
‹ : y − y1 = m(x − x1 )
Donde : m ‹ = m
AB
=
0−8 3 4 = 2 3−4 5
Finalmente :
‹: y−
8 4 = (x − 4 ) "! 3 5
Si la recta ax + by + c = 0
‹ : 12x − 15 y − 8 = 0 pasa por el punto P = (p, q) , escribir una
ecuación en forma de: a) pendiente y ordenada en el origen. b) punto - pendiente. c) simétrica. Solución:
a)
‹ : ax+ by + c = 0 !
a c y =− x− b b
21
Capítulo 3. LA LÍNEA RECTA
a b ) ‹ : ax + by + c = 0; Donde : m ‹ = − ; P = (p, q) d b
‹ : y − q = − (x − p ) a b
!
c ) ‹ : ax + by + c = 0 ! !
‹:
‹ : ax + by = −c
x y + =1 c c − − a b
Encontrar la ecuación de una recta que tiene intercepciones iguales y que pasa por el punto A = (8,−6 ) Solución:
‹:
Sea :
x y + = 1 Pero : a a
A = (8,−6 ) ∈ ‹
8 −6 + =1 ! a = 2 a a
Luego :
x y + = 1 "! 2 2
ˆ ‹:
‹ : x+y−2 = 0
Desde el punto M0 = (− 2,3 ) se ha dirigido hacia el eje OX un rayo de luz con una inclinación de un ángulo α , se sabe que tg α = 3 . El rayo se ha reflejado del eje OX. Hallar las ecuaciones de las rectas en las que están los rayos incidente y reflejado. Solución:
! Ecuación del rayo incidente : pendiente : m = tgα = 3 !
22
y − 3 = 3 (x + 2) "!
3x − y + 9 = 0
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
! Ecuación del rayo reflejado : Si
y=0 !
x = −3 ; P0 = (− 3,0 )
pendiente : m = tg ( 180 º −α ) = −tgα = −3 !
y − 0 = −3 (x + 3 ) "!
3x + y + 9 = 0
Dados los puntos M = (2,2 ) y N = (5,−2) . Hallar en el eje de abscisas un punto P de modo que en el ángulo MPˆN sea recto. Solución: Dado que : MP ⊥ NP !
"! m
MP
⋅m
NP
= −1
−2 2 = −1 ⋅ x −2 x −5
Efectuando operacione s : x 2 − 7x + 6 = 0 !
ˆ
x1 = 6 x2 = 1
P1 = ( 6,0 ) ; P2 = (1,0 )
23
Capítulo 3. LA LÍNEA RECTA
Los puntos A = (3,−2) , B = (4,1) y C = (− 3,5 ) son los vértices de un triángulo. Demostrar que la recta que pasa por los puntos medios de los lados AB y CD es paralelo a la base BC del triángulo. Solución:
! Cálculo de M1 = (x1, y1 )
!
x A + xB 7 = 2 2 y A + yB 1 =− y1 = 2 2 x1 =
7 1 ! M1 = ,− 2 2
! Cálculo de M2 = (x 2 , y 2 )
!
24
x A + xC =0 2 y + yC 3 = y2 = A 2 2 x2 =
3 ! M2 = 0, 2
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
BC * M1 M2
Sabemos que :
"! m
BC * M1 M2
Luego efectivamente :
BC
=m
M1 M2
"!
−
4 4 =− 7 7
LQQD
Calcular la distancia entre las rectas paralelas:
x + 2y + 4 = 0 y
2x + 4 y − 5 = 0
Solución: Dado que :
‹ 1 : x + 2y + 4 = 0 ∧ ‹ 2 : 2x + 4 y − 5 = 0 Hallamos un punto cualesquie ra P , de la recta x=0 !
Para
y = −2
ˆ
‹1 .
P = (0, − 2)
Luego :
ˆ
d=
(2)(0) + (4)(− 2) − 5 2
2 +4
2
=
−8−5 20
"!
d=
13 ≈ 2.90 20
25
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Capítulo
4
LA CIRCUNFERENCIA Encontrar la ecuación de la circunferencia sabiendo que sus extremos de un diámetro son los puntos A = (− 2,3 ) y B = (4,−1) . Solución: C = (h,k ) es punto medio de AB !
Luego :
h=1 k =1
! C = (1,1)
r=
AB 2
=
52 2
! r 2 = 13
ˆ C : (x − h)2 + (y − k )2 = r 2 (x − 1)2 + (y − 1)2 = 13 C : x 2 + y 2 + 12x − 12y + 36 = 0
27
Capítulo 4. LA CIRCUNFERENCIA
Obtener la ecuación de la circunferencia tangente a los dos ejes, radio 6, en el segundo cuadrante. Solución: Del gráfico, se deduce que C = (h,k ) = (− 6,6 ) es el centro de la circunferencia y su radio r = 6.
ˆ C : (x − h)2 + (y − k )2 = r 2 (x + 6)2 + (y − 6)2 = 36 C : x 2 + y 2 + 12x − 12y + 36 = 0 Dada la ecuación de la circunferencia 3 x 2 + 3 y 2 + 4 y − 7 = 0 , encontrar el centro y el radio. Solución: Completando cuadrados : ! 3x 2 + 3 y 2 + 4y − 7 = 0 4 4 4 3 x 2 + 3 y 2 + y + = 7 + 3 9 3 2
2 25 3x 2 + 3 y + = 3 3 2
2 25 x2 + y + = 3 9
28
ˆ
d donde : h = 0 , k = − ; De
2 5 C = 0,− ; r = 3 3
2 3
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Hallar la ecuación de la circunferencia cuyo centro es el punto C = (− 4,−1) y que es tangente a la recta: 3 x + 2y − 12 = 0 . Solución:
r = Distancia de C a
Sea :
‹ : 3x + 2y − 12 = 0
Luego : ! r=
= =
(3)(− 4) + (2)(− 1) − 12 3 2 + 22 − 12 − 2 − 12 13 − 26 13
=
26 13
! r 2 = 52
ˆ C : (x − h)2 + (y − k )2 = r 2 Reemplazando :
C : (x + 4 )2 + (y + 1)2 = 52 Hallar la ecuación de la circunferencia que pasa por los puntos A = (4,0 ) , B = (0,3 ) y C = (− 2, − 2) .
Solución: Sea
C : x 2 + y 2 + Dx + Ey + F = 0 → ⊗
!
A = (4,0 ) ∈
C ! 16 + 4 D+ F = 0 → #
!
B = (0,3 ) ∈
C ! 9 + 3E + F = 0 → "
!
C = (− 2, − 2) ∈
Luego, de
C ! − 2D − 2E + F = 8 → !
# ," y ! :
D=−
19 5 132 ; E= ; F=− 13 13 13
29
Capítulo 4. LA CIRCUNFERENCIA
En
⊗:
ˆ C:
x 2 + y2 −
19 5 132 =0 x+ y− 3 13 13
C : 13x 2 + 13y 2 − 19x + 5y − 132 = 0 Hallar la ecuación de la circunferencia de radio 10, tangente en el eje X, cuyo centro está sobre la recta x = 2y . Solución:
! Primer caso
‹ : x = 2 y pero C = (h1,10) ∈ ‹ ! h1 = 20 ; C = (20,10) C : (x − h1)2 + (y − k1)2 = r 2
(x − 20)2 + (y − 10)2 = 100 30
x 2 + y 2 − 40x − 20y + 400 = 0
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
! Segundo caso
‹ : x = 2 y pero C = (h2,−10) ∈ ‹ ! h2 = −20 ; C = (− 20,−10) C : (x − h2 )2 + (y − k 2 )2 = r 2
(x + 20)2 + (y + 10)2 = 100 x 2 + y 2 + 40x + 20y + 400 = 0
La ecuación de una circunferencia es x 2 + y 2 = 50 . El punto medio de una cuerda de esta circunferencia es el punto P = (− 2,4 ) . Hallar la ecuación de la cuerda. Solución:
Sea y
‹2 la recta que contiene a la cuerda referida
‹1 la recta que pasa por el punto P y el centro de la circunferencia.
! Pendiente de
‹1 : m‹1 =
4−0 = −2 −2−0
Luego :
‹1 ⊥ ‹2 "! m‹1 ⋅ m‹ 2 = −1 "!
(− 2)⋅ m‹ 2
"! m‹ = 2
= −1
1 2
Luego : !
‹ 2 : y − 4 = (x + 2) 1 2
‹ 2 : x − 2y + 10 = 0 31
Capítulo 4. LA CIRCUNFERENCIA
Encontrar la ecuación de la circunferencia con centro en C = (4, 4 3 ) y que pasa por Q = (− 1,− 4 3 ) . Solución: De los datos, tenemos :
C : (x − h)2 + (y − k )2 = r 2
(x − 4)2 + (y − 4 3)2 = r 2 !
ˆ
Q = (− 1,− 4 3 ) ∈
2 289 4 4 C ! (− 1 − 4)2 + − − = r 2 ! r 2 =
3
3
2 4 289 C : (x − 4)2 + y − =
3
9
Hallar el área del círculo cuya ecuación es: 9 x 2 + 9 y 2 + 72 x − 12 y + 103 = 0
Solución: Tenemos la ecuación de la circunferencia :
C : 9x 2 + 9y 2 + 72x − 12y + 103 = 0 Despejando el término independiente y completando cuadrados !
C : 9x 2 + 9y 2 + 72x − 12y = −103
(
)
4 4 9 x 2 + 8x + 16 + 9 y 2 − y + = −103 + 144 + 4 9 3 2
2 9 (x + 4 )2 + 9 y − = 45 3
(x + 4)2 + y − 2
32
ˆ
A = πr2 = π × 5
3
2
=5
"!
Donde : r 2 = 5 A = 5 πu 2
9
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Capítulo
5
TRANSFORMACIÓN DE COORDENADAS Por una traslación de ejes, transformar la ecuación: 3 x 2 − 2y 2 − 42 x − 4 y + 133 = 0
en otra que carezca de términos de primer grado. Solución: Completando cuadrados : 3x 2 − 2y 2 − 42x − 4y + 133 = 0
) (
(
)
3 x 2 − 14x + 49 − 2 y 2 + 2y + 1 = −133 + 147 − 2 3 (x − 7 )2 − 2 (y + 1)2 = 12 Siendo :
xN= x − 7 yN= y + 1
!
3xN2 − 2yN2 = 12
33
Capítulo 5. TRANSFORMACIÓN DE COORDENADAS
Simplificar la ecuación: 72 x 2 + 36 y 2 − 48 x + 36 y − 55 = 0
por una traslación de los ejes coordenados. Solución: Completando cuadrados : 72x 2 + 36y 2 − 48x + 36y − 55 = 0
(
)
1 2 72 x 2 − x + + 36 y 2 + y + 1 = 55 + 8 + 9 9 3 2
2
1 1 72 x − + 36 y + = 72 2 3 2
2
1 1 2x − + y + = 2 3 2
Siendo :
xN= x −
1 3
2xN2 + yN2 = 2
!
1 yN= y + 2
Por una traslación de ejes, simplificar la ecuación: x 2 − 2y 2 + 8 x + 4 y − 3 = 0
Solución: Completando cuadrados en la expresión, se tiene :
(x
2
) (
)
− 8x + 16 − 2 y 2 − 2y + 1 = 3 + 16 − 2
(x − 4 )2 − 2 (y − 1)2 = 17 Siendo :
34
xN= x − 4 yN= y − 1
!
xN2 − 2yN2 = 17
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Por medio de una traslación de ejes, eliminar los términos de primer grado de la ecuación: 2xy − x − y + 4 = 0 Solución: 2x y − x − y + 4 = 0 !
x = xN+ h y = yN+ k
"
→ →
#
# en " : 2 (xN+ h)(yN+ k ) − (xN+ h) − (yN+ k ) 2 xNyN+ 2 k xN+ 2 k yN+ 2 hk − xN− h − yN− k + 4 2 x Ny N+ (2 k − 1)xN+ (2 h − 1)yN+ 2 hk − h − k + 4 = 0
De donde :
Luego en
2 k− 1 = 0 2 h− 1 = 0
!
→
h=k =
1 2
!
4 x Ny N+ 7 = 0
!
!:
1 1 1 1 2 x Ny N+ 2 − − + 4 = 0 2 2 2 2
Por una rotación de los ejes coordenados, transformar la ecuación: 16 x 2 + 24 xy + 9 y 2 + 25 x = 0
en otra que carezca del término en xy. Solución:
16x 2 + 24xy + 9y 2 + 25x = 0 → Luego :
x = xN cosθ − yN sen θ y = xN sen θ + yN cos θ
" →
# 35
Capítulo 5. TRANSFORMACIÓN DE COORDENADAS
# en " :
Ahora
( 16 cos θ + 24 senθ cos θ + 9 sen θ) xN + + ( 16 sen θ − 24 sen θ cos θ + 9 cos θ) yN + + ( 24 cos θ − 32 sen θ cos θ − 24 sen θ + 18 sen θ cos θ) xNyN+ 2
2
2
2
2
2
2
2
+ 25 xNcos θ − 25 yNsen θ = 0
→
⊗
Luego para eliminar el término xN e yN. ! 24 cos 2 θ − 32 sen θ cos θ − 24 sen2 θ + 18 sen θ cos θ = 0 24 cos 2 θ − 24 sen2 θ − 14 sen θ cos θ = 0
(
)
24 cos 2 θ − sen2 θ − 14 sen θ cos θ = 0 24 cos 2θ − 7 × 2 sen θ cos θ = 0 24 cos 2θ − 7 sen 2θ = 0 Dividiendo × cos 2θ : ! 24 − 7 tg 2θ = 0 ! tg 2θ =
24 7
Luego de la figura : ! cos 2θ =
7 25
Además :
!
1 − cos 2θ senθ = = 2
1 + cos 2θ ! cosθ = = 2
36
7 25 = 2
9 25
!
senθ =
3 5
7 25 = 2
16 25
!
cosθ =
4 5
1−
1+
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
⊗:
En
(4 cos θ + 3 sen θ) 2 xN2 + (4 sen θ + 3 cos θ) yN2 + 25 xNcos θ − 25 yNsenθ = 0
!
2
3 4 4 2 3 2 3 4 4 ⋅ + 3 ⋅ xN + 4 ⋅ + 3 ⋅ yN + 25 ⋅ xN− 25 ⋅ yN= 0 5 5 5 5 5 5 25 xN2 + 20 xN− 15 yN= 0
5xN2 + 4xN− 3yN= 0
!
Simplificar la ecuación: x 2 − 10 xy + y 2 − 10 x + 2y + 13 = 0
por transformación de coordenadas. Solución: x 2 − 10xy + y 2 − 10x + 2y + 13 = 0 Luego :
x = xN+ h y = yN+ k
→
→
"
#
# en " : xN2 + 2 hx N+ h2 − 10xNyN− 10 k xN− 10 h yN− 10 hk + yN2 + 2 ky N+ k 2 − − 10xN− 10 h+ 2yN+ 2 k + 13 = 0 xN2 + yN2 + (2h − 10k − 10 ) xN+ (2 + 2 k − 10 h) yN+ + k 2 − 10 hk − 10 h + 2 k + 13 = 0
→
⊗
Para eliminar los términos xN e yN; debe cumplirse que
2 h− 10 k − 10 = 0 2 + 2 k − 10 h = 0
! h = 0 ; k = −1
37
Capítulo 5. TRANSFORMACIÓN DE COORDENADAS
En
⊗:
! xN2 + yN2 − 10xNyN+ 1 − 2 + 13 = 0 xN2 + yN2 − 10xNyN+ 12 = 0 ......!
Pero :
xN= xNNcos θ − yNNsen θ yN= xNNsenθ + yNNcos θ
......$
$ en ! : ! xNN2 cos2 θ − 2 xNNyNNsenθ cos θ + yNN2 sen2 θ + xNN2 sen2 θ + + 2 xNNyNNsen θ cos θ + yNN2 cos2 θ − 10 + xNN2 senθ cos θ − − 10 xNNyNNcos2 θ + 10 x NNyNNsen θ + 10 yNN2 sen θ cos θ + 12 = 0 !
(cos θ + sen θ − 10senθ cosθ) xNN + (sen θ + cos θ + 10senθ cosθ) yNN + + (2 senθ cos θ − 2 senθ cos θ − 10 cos θ + 10 sen θ) xNNyNN+ 12 = 0 2
2
2
2
2
2
2
!
2
(1− 10 senθ cos θ) xNN2 + (1+ 10 senθ cos θ) yNN2 +
)
(
+ − 10 cos2 θ + 10 sen2 θ xNN yNN+ 12 = 0 ...... ⊕ Ahora el término xNN yNN: Ahorapara paraeliminar eliminar el término x´´y´´: ! − 10 cos2 θ + 10 sen2 θ = 0
(
)
− 10 cos2 θ − sen2 θ = 0 ! cos2 θ − sen2 θ = 0 ! cos 2θ = 0
38
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Además : ! sen θ =
1 − cos 2θ = 2
1 2 = 2 2
! cos θ =
1 + cos 2θ = 2
1 2 = 2 2
Reemplazan do en
⊕:
2 2 2 2 2 2 ⋅ ⋅ ! 1 − 10 ⋅ xNN + 1 + 10 ⋅ yNN + 12 = 0 2 2 2 2
(1 − 5) xNN2 + (1 + 5) yNN2 + 12 = 0 2 2 − 4 xNN + 6 yNN + 12 = 0
Dividiendo × 2 : !
2 −6 = 0 2xNN2 − 3 yNN
Un punto P se mueve de tal modo que la diferencia de sus distancias a los dos puntos
A = (1,4 ) y B = (− 2,1) es siempre igual a 3. Hallar la
ecuación del lugar geométrico y simplificarla por transformación de coordenadas. Solución: Sea P = (x, y ) el punto que se mueve. De la condición : !
AP − B P = 3
(x − 1)2 + (y − 4)2 − (x + 2)2 + (y − 1)2
=3
39
Capítulo 5. TRANSFORMACIÓN DE COORDENADAS
Efectuando operaciones se tiene : ! 20 x − 4 y − 8 x y + 9 = 0
→
"
Pero : !
x = xN+ h y = yN+ k
→
#
Luego : !
(20 − 8 k ) xN− (4 + 8 h) yN− 8xNyN+ 20 h− 4 k − 8 h k + 19 = 0
Ahora para eliminar los términos xN e yN: !
20 − 8 k = 0 4 + 8h = 0
1 5 ! h= ; k=− 2 2
# en ! : 1 5 1 5 ! − 8xNyN+ 10 − − 4 − 8 − + 19 = 0 2 2 2 2 − 8xNyN− 10 − 10 + 10 + 19 = 0 ! − 8xNyN− 9 = 0
40
→
!
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Capítulo
6
LA PARÁBOLA Obtener la ecuación de la parábola con vértice en el origen y cuya directriz es y = 2 . Solución: Del gráfico, se tiene : : x 2 = −4py
→
!
p=2 En !
!: : x 2 = −8 y
41
Capítulo 6. LA PARÁBOLA
Hallar la ecuación de la parábola cuya directriz es la recta x = −6 y su foco es F = (0,0 ) . Solución: Del gráfico :
(y − k )2 = 4 p (x − h)
:
V = (− 3,0 ) y
Como : En
→
!
p = FV = 3
!: : y 2 = 12 (x + 3 )
!
: y 2 = 12x + 36
Calcular el radio focal del punto M de la parábola y 2 = 20 x si la abscisa del punto M es igual a 7. Solución: : y 2 = 20 x De
!:
→
!
4p = 20 ! p = 5
de donde : F = ( 5,0 ) M = ( 7, y1 ) ∈ En
!:
!
y12 = 20 (7 ) !
(
! M = 7,± 140
)
y1 = ± 140
Por lo tanto : FM =
42
FM =
(
)2
140 − 0 + (7 − 5 )2 144 = 12
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Dada la ecuación de la parábola x 2 + 8 y − 2x = 7 . Hallar el vértice, eje, foco y directriz. Trazar la curva. Solución: : x 2 + 8 y − 2x = 7 Completando cuadrados : x 2 + 8 y − 2x = 7 :
: x 2 − 2 x + 1 = −8 y + 7 + 1
!
(x − 1)2 = −8y + 8
!
:
(x − 1)2 = −8(y − 1)
Luego, las coordenadas del vértice de la parábola : Seguidamente :
4p = −8
V = (h,k ) = (1,1)
! p = −2
Ahora, las coordenadas del foco : F = (h,k + p ) = (1,−1) ! Ecuación del eje :
x =1
! Ecuación de la directriz :
y=3
43
Capítulo 6. LA PARÁBOLA
Encontrar la ecuación de la parábola, cuyo vértice es el punto V = (3,2 ) y el foco es F = (4,2) . Solución:
(y − k )2 = 4p(x − h)
:
→
!
Dado que se conoce el vértice y el foco : p = VF = 1 Reemplazando los valores en !
:
!:
(y − 2)2 = 4 (1)(x − 3) (y− 2)2 = 4 (x − 3)
: y 2 = 4y + 4x − 16
Obtener la ecuación de la parábola con foco en F = (2,3 ) y cuya ecuación de la directriz es x = −6 . Solución: Del gráfico : !
FP = Distancia de P a
!
‹ (definición)
(x − 2)2 + (y − 3)2
=x+6
Efectuando operaciones : !
44
:
y 2 − 16 x − 6y − 23 = 0
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Determinar la longitud del segmento determinado por la ecuación y 2 = 4 x , con la recta de ecuación x = 2y − 3 . Solución:
Tenemos :
De
:
y 2 = 4x
!
→
‹ : x = 2 y − 3 → "
! y " obtenemos los puntos
P1 = (1,2)
P2 = (9,6 )
P1 y P2 intersección de las dos gráficas : Luego : P1 P2 =
(9 − 1)2 + (6 − 2)2
=
64 + 16
"!
P1 P2 = 4 5 ≈ 8,94
45
Capítulo 6. LA PARÁBOLA
Determinar la ecuación de una circunferencia que tiene por diámetro la cuerda normal de la parábola, cuya ecuación es y 2 = 16 x . Solución: : y 2 = 16 x
→
!
se deduce que el vértice V = (h,k ) = (0,0 )
é : F = (h + p,k ) = (4,0 ) Tambien
(lado recto ) → " P1 = (4,8 )
Luego, la cuerda normal ! CN : De
x=4
! y ":
!
! r = FP1 = P2F = 8
P2 = (4,−8 ) "! r 2 = 64
Siendo C centro de la circunferencia !
C = F "! C = (4,0 )
Por lo tanto :
C : (x − 4 )2 + y 2 = 64 C : x 2 + y 2 − 8x − 48 = 0 Una recta que pasa por el foco de una parábola con el vértice en el origen y con el eje horizontal, corta a la directriz en el punto A = (− 3,8 ) . Calcular las coordenadas de los puntos de intersección de la parábola y la recta. Solución:
!
:
y su vértice
46
! V = (h,k ) = (0,0)
y 2 = 4px
→
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Además : p = 3
" en ! : !
→ :
"
y 2 = 12x
A = (− 3,8 ) ‹ :
→
F = (h + p,k ) = (3,0)
$
! m‹ = m
AF
=−
4 3
‹ : y − 0 = m ‹ (x − 3) y=− De
$ y #:
4 (x − 3) "! 3 P:
‹ : 4x + 3y − 12 = 0 → # : y 2 = 12x
‹ : 4x + 3y − 12 = 0
"!
P1 = (3 4 ,3 ) P2 = (12,−12)
47
Capítulo 6. LA PARÁBOLA
Las dos torres de suspensión de un puente colgante distan entre sí 300 m. y se extienden 80 m por encima de la calzada. Si el cable (que tiene la forma de una parábola) es tangente a la calzada en el centro del puente, determinar la altura del cable por encima de la pista a 50 m y también a 100 m del centro del puente. (Asumir que la pista es horizontal). Solución:
Del gráfico, se observa que ! P = (150,80) ∈
!:
:
x2 =
x 2 = 4py
→
!
.
! 1502 = 4p (80 ) "! En
:
4p =
75 × 15 4
75 × 15 y 4
Luego : ! P1 = (50, y1) ∈
48
! P2 = (100, y 2 ) ∈
! 50 2 =
75 × 15 y1 4
! 100 2 =
!
75 × 15 y2 4
y1 = !
80 ≈ 8,88 m. 9
y2 =
320 ≈ 35,55 m. 9
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Capítulo
7
LA ELIPSE Hallar la ecuación de la elipse cuya longitud de la cuerda normal (lado recto) es 5 vértices (± 10,0 ) . Solución:
õ:
Sabemos :
x2
y2 + = 1 → a 2 b2
!
Luego del enunciado : !
CN =
!
a = 10
2 b2 = 5 "! b 2 = 25 a !
Por lo tanto en
a 2 = 100
!:
õ:
x2 y2 + =1 100 25
49
Capítulo 7. LA ELIPSE
Hallar la ecuación de la elipse, cuyo eje es coincidente con x = 1 , C = (1,5 ) , F = (1,8 ) ; suma de las distancias focales de un punto de la elipse es 12.
Solución:
õ:
Del enunciado deducimos : Pero : 2a = 12
"!
a=6
"!
"!
c2 = 9
Luego : c = CF = 3
Sabemos : b 2 = a 2 − c 2 Por lo tanto :
50
õ:
"!
(x − h)2 + (y − k )2 b2
=1
a 2 = 36
b 2 = 36 − 9 = 27
(x − 1)2 + (y − 5)2 27
a2
36
=1
"! b 2 = 27
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Reducir la ecuación x 2 + 4 y 2 − 6 x + 16 y + 21 = 0 a la forma ordinaria de la ecuación de una elipse y determinar las coordenadas del centro, vértices y focos, las longitudes de los ejes mayor y menor, y la cuerda normal; y la excentricidad. Solución: x 2 + 4 y 2 − 6x + 16y + 21 = 0 Completando cuadrados para x e y :
(x
2
) (
)
− 6x + 9 + 4 y 2 + 4y + 4 = −21 + 9 + 16
(x − 3)2 + 4(y + 2)2 = 4 õ:
(x − 3)2 + (y + 2)2 4
1
=1
De la ecuación tenemos : C = (h,k ) = (3,−2) Luego los vértices de la elipse se obtienen de : !
V = (h ± a,k ) = (3 ± 2,−2) !
V1 = (5,−2) V2 = (1,−2 )
También : !
a2 = 4
!
a 2 = b2 + c 2
!
a = ±2 !
!
4 = 1+ c2
! Eje mayor : 2a = 2 × 2 = 4 !
b 2 = 1 ! b = ±1
Cuerda Normal : CN =
! Excentricidad : e =
! !
c2 = 3
!
c2 = ± 3
Eje menor : 2b = 2 × 1 = 2
2b2 2 ×1 = =1 a 2
c 3 = 0
! y = log10 x ; Cuadro de valores :
70
x
1
y
0
4
9
0.301 0.47
100
0.1
...
1
−1 2
...
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Trazar la curva exponencial, cuya ecuación es: y = 4 e x −1 Solución: ! y = 4 e x −1 ;
∀ x∈ú
Cuadro de valores : x
0
1
2
−1
...
y
1.4
4
10.8
0.5
...
71
Capítulo 9. CURVAS PLANAS DE GRADO SUPERIOR
x Trazar la curva, cuya ecuación es: y = cos . 3 Solución: Cuadro de valores : x
0
π2
π
3π 2
2π
5π 2
3π
y
1
0.86
12
0
− 0.86
−1 2
−1
La ley de Boyle - Mariotte establece que a una temperatura constante de presión p y el volumen v de un gas satisfacen la ecuación p ⋅ v = c , para algún número real fijo c. Un cierto gas por debajo de una presión de 20 libras por pulgada cuadrada tiene un volumen de 300 pulgadas cúbicas. Hallar c de la ecuación: p ⋅ v = c Solución: ! p ⋅ v = c ! c = 20 × 300 ! c = 6000 Luego : ! p ⋅ v = 6000 ! v =
72
6000 p
; ∀p≠0
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Cuadro de valores : x
1
6000
−1
− 6000
...
y
6000
1
− 6000
−1
...
73
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
Capítulo
10
PROBLEMAS SUPLEMENTARIOS ¿Para qué valor de h estará el punto P = (h,−3 ) en la recta determinada por A = (1,−1) y B = (4,7 ) ?
Rpta. :
1 4
Demostrar que el triángulo cuyos vértices son A = (10,5 ) , B = (3,2 ) y C = (6, − 5 ) es rectángulo. Hallar el área. Rpta. : 29 u2
Si
A = (5,12 ) es el punto medio del segmento BC y B = (− 7,−3 ) .
¿Cuáles son las coordenadas de C ? Rpta. : C = (17,27 )
Discutir y graficar las curvas, cuyas ecuaciones son: a ) x 2 y 2 + 2x 2 − 4 = 0
(
)
b ) y x 2 + 4 = 10 x
75
Capítulo 10. PROBLEMAS SUPLEMENTARIOS
Hallar la ecuación del lugar geométrico de un punto cuya distancia de A = (− 6,0 ) es dos veces su distancia de B = (6,0 ) . Trazar la curva. Rpta. :
x 2 + y 2 − 20 x + 36 = 0
Hallar la ecuación de la recta que pasa por P = (5,3 ) y su X-interceptor es 10. Rpta. : 3 x − 5 y − 30 = 0
Hallar la ecuación de la recta que pasa por el punto P1 = (7,4 ) y forma un ángulo de 120º con la parte positiva del eje X. Rpta. :
3x + y − 4 − 7 3 = 0
Hallar las ecuaciones de las rectas que pasan por el punto de intersección de las rectas
x + 2y − 4 = 0
y 4 x − y − 2 = 0 , tal que forman con el
primer cuadrante un triángulo de área 25 u 2 . Rpta. :
2x + y − 10 = 0 , 9 x + 2 y − 30 = 0
Los puntos X = (3,−2) , Y = (4,1) y Z = (− 3,5 ) son los vértices de un triángulo. Hallar la ecuación de la recta perpendicular al lado XZ que pasa por Y . Rpta. :
6 x − 7 y − 17 = 0
Hallar la ecuación de la circunferencia tangente a ambos ejes, y su centro está en el cuarto cuadrante.
Rpta. :
76
(x − 4)2 + (y + 1)2 =
1 34
PROBLEMAS DE GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA
La ecuación de la circunferencia es x 2 + y 2 − 10 x = 28 . Hallar la ecuación de la recta tangente a la circunferencia en el punto A = (3,7 ) . Rpta. : 2 x − 7 y + 43 = 0
Hallar la ecuación de la circunferencia que pasa por las intersecciones de las circunferencias: x 2 + y 2 + 2x + y − 1 = 0 y x 2 + y 2 + 2x + 2 y − 4 = 0 y por el punto P = (− 3,0 ) . Rpta. : 3 x 2 + 3 y 2 + 10 x + y + 3 = 0
Por una traslación de ejes, simplificar la ecuación: 2x 2 + y 2 + 3 x − 7 y − 1 = 0 Rpta. : 16 xN2 + 8 yN2 = 115
La parábola y 2 = 2 p x tiene un extremo de la cuerda focal en el punto A = (8,8 ) . Hallar las coordenadas del otro extremo.
1 Rpta. : ,−2 2
Un cable suspendido se carga de tal manera que toma la forma de una parábola. Los extremos tienen una separación de 400 pies y tienen una altura de 100 pies del centro. Hallar la altura del cable a 50 pies desde el centro. Rpta. :
6.25 pies
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Capítulo 10. PROBLEMAS SUPLEMENTARIOS
Hallar la ecuación de la elipse con focos en F1 = (0,7 ) y F2 = (0,12 ) , un vértice en V = (0,16 ) .
Rpta. :
x 2 (y − 19 2)2 + =1 36 169 4
Hallar la ecuación de la elipse con centro en el origen, eje menor sobre el eje Y, e = 4 5 , cuerda normal (lado recto) 18 5 .
Rpta. :
x2 y2 + =1 6 2
Hallar la ecuación de la hipérbola con centro en el origen, eje principal (real) sobre el eje X; pasa por los puntos S = (3,1) y T = (9,5 ) .
Rpta. :
x2 y2 − =1 6 2
Hallar la ecuación de la hipérbola con centro en C = (− 1,8 ) , con vértice en V1 = (3,8 ) , e = 3 . Rpta. :
(x + 1)2 − (y − 8 )2 16
128
=1
Trazar la curva, cuya ecuación es: y = x 2 ⋅ e 2
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