Parabola

Dalam matematika, parabola adalah kurva bidang yang simetris cermin dan kira-kira berbentuk U. Ini cocok dengan beberapa deskripsi matematis lain yang berbeda, yang semuanya dapat dibuktikan untuk mendefinisikan kurva yang persis sama.

Satu deskripsi parabola melibatkan titik (fokus) dan garis (directrix). Fokusnya tidak terletak pada directrix. Parabola adalah tempat titik-titik di bidang itu yang berjarak sama jauh dari kedua directrix dan fokus. Deskripsi lain tentang parabola adalah sebagai bagian kerucut, dibuat dari persimpangan permukaan kerucut lingkaran kanan dan bidang yang sejajar dengan bidang lain yang bersinggungan dengan permukaan kerucut.^[1]

Garis tegak lurus terhadap directrix dan melewati fokus (yaitu, garis yang membagi parabola melalui tengah) disebut "sumbu simetri". Titik di mana parabola memotong sumbu simetri disebut "Vertex" dan merupakan titik di mana parabola melengkung paling tajam. Jarak antara titik dan fokus, diukur sepanjang sumbu simetri, adalah "panjang fokus". "Latus rectum" adalah chord parabola yang sejajar dengan directrix dan melewati fokus. Parabola dapat membuka ke atas, ke bawah, ke kiri, ke kanan, atau ke arah sewenang-wenang lainnya. Parabola apa pun dapat diposisikan ulang dan disusun kembali agar sesuai dengan parabola lainnya — yaitu, semua parabola memiliki kesamaan geometris.

Parabola memiliki sifat bahwa, jika terbuat dari bahan yang memantulkan cahaya, maka cahaya yang bergerak sejajar dengan sumbu simetri parabola dan menyerang sisi cekungnya dipantulkan ke fokusnya, terlepas dari di mana pada parabola pantulan itu terjadi. Sebaliknya, cahaya yang berasal dari sumber titik pada fokus dipantulkan menjadi sinar paralel ("berkolusi"), meninggalkan parabola sejajar dengan sumbu simetri. Efek yang sama terjadi dengan suara dan gelombang lainnya. Properti reflektif ini adalah dasar dari banyak penggunaan praktis parabola.

Sejarah

Karya paling awal yang diketahui pada bagian kerucut oleh Menaechmus pada abad ke-4 SM. Dia menemukan cara untuk memecahkan masalah menggandakan kubus menggunakan parabola. (Namun, solusinya tidak memenuhi persyaratan konstruksi kompas-dan-sejajar.) Area yang dikelilingi oleh parabola dan segmen garis, yang disebut "segmen parabola", dihitung oleh Archimedes dengan metode penghabis di abad ke-3 SM, dalam bukunya The Quadrature of the Parabola. Nama "parabola" adalah karena Apollonius, yang menemukan banyak properti bagian kerucut. Ini berarti "aplikasi", merujuk pada konsep "aplikasi area", yang memiliki hubungan dengan kurva ini, seperti yang telah dibuktikan oleh Apollonius.^[2] Properti fokus-directrix parabola dan bagian kerucut lainnya adalah karena Pappus.

Galileo menunjukkan bahwa jalur proyektil mengikuti parabola, konsekuensi dari percepatan seragam karena gravitasi.

Gagasan bahwa reflektor parabola dapat menghasilkan gambar sudah terkenal sebelum penemuan teleskop pemantul.^[3] Desain diusulkan pada awal hingga pertengahan abad ke-17 oleh banyak ahli matematika, termasuk René Descartes, Marin Mersenne,^[4] dan James Gregory.^[5] Ketika Isaac Newton membangun teleskop pemantul pertama pada tahun 1668, ia melewatkan menggunakan cermin parabola karena kesulitan fabrikasi, memilih untuk cermin bulat. Cermin parabola digunakan di sebagian besar teleskop refleksi modern dan di piring satelit dan penerima radar.^[6]

Definisi sebagai lokus poin

Parabola dapat didefinisikan secara geometris sebagai seperangkat titik (titik locus) dalam bidang Euclidean:

Parabola adalah seperangkat poin, sehingga untuk setiap titik $P$ dari pengaturan jarak $| P F |$ ke titik tetap $F$ , fokus , sama dengan jarak $| P l |$ ke saluran tetap $l$ , directrix :

{P : | P F | = | P l |} .

Titik tengah $V$ dari tegak lurus dari fokus $F$ ke directrix $l$ disebut vertex (puncak) , dan garis $F V$ adalah sumbu simetri dari parabola.

Dalam sistem koordinat kartesius

Definisi perumpamaan, p, *sisi semi-lurus*

Sumbu simetri sejajar dengan sumbu y

Jika satu menghasilkan koordinat Cartesian, sedemikian rupa $F = (0, f), f > 0,$ dan directrix memiliki persamaan $y = - f$ , satu memperoleh titik $P = (x, y)$ dari $| P F |^{2} = | P l |^{2}$ persamaan $x^{2} + (y - f)^{2} = (y + f)^{2}$ . Menyelesaikan hasil $y$

y = \frac{1}{4 f} x^{2} .

Parabola ini berbentuk U (bukaan ke atas).

Akor horisontal melalui fokus (lihat gambar di bagian pembukaan) disebut rektum latus; setengahnya adalah rektum semi-latus. Rektum latus sejajar dengan directrix. Rektum semi-latus ditunjuk oleh huruf $p$ itu. Dari gambar yang didapat

p = 2 f .

Rektum latus didefinisikan sama untuk dua kerucut lainnya - elips dan hiperbola. Latus rektum adalah garis yang ditarik melalui fokus bagian kerucut yang sejajar dengan directrix dan diakhiri dengan kurva. Bagaimanapun, $p$ adalah jari-jari lingkaran osculating pada vertex. Untuk parabola, rektum semi-latus, $p$ ,adalah jarak fokus dari directrix. Menggunakan parameter $p$ , persamaan parabola dapat ditulis ulang sebagai

x^{2} = 2 p y .

Lebih umum, jika verteksnya $V = (v_{1}, v_{2})$ , Fokusnya $F = (v_{1}, v_{2} + f)$ , dan directrixnya $y = v_{2} - f$ , satu memperoleh persamaan

y = \frac{1}{4 f} (x - v_{1})^{2} + v_{2} = \frac{1}{4 f} x^{2} - \frac{v_{1}}{2 f} x + \frac{v_{1}^{2}}{4 f} + v_{2} .

Catatan

Jika dalam kasus $f < 0$ parabola memiliki celah ke bawah.
Anggapan bahwa poros itu sejajar dengan sumbu y memungkinkan seseorang untuk mempertimbangkan parabola sebagai grafik polinomial derajat 2, dan sebaliknya: grafik polinomial sembarang derajat 2 adalah parabola (lihat bagian berikutnya).
Jika salah satu bertukar $x$ dan $y$ , salah satunya memperoleh persamaan bentuk $y^{2} = 2 p x$ . Parabola ini terbuka ke kiri (jika $p < 0$ ) atau ke kanan (jika $p > 0$ ).

Kasus umum

Jika fokusnya adalah $F = (f_{1}, f_{2})$ , dan directrixnya $a x + b y + c = 0$ , kemudian salah satunya memperoleh persamaan

\frac{(a x + b y + c)^{2}}{a^{2} + b^{2}} = (x - f_{1})^{2} + (y - f_{2})^{2}

(sisi kiri persamaan menggunakan garis bentuk normal Hesse untuk menghitung jarak $| P l |$ ).

Untuk persamaan parametrik parabola pada posisi umum, lihat Templat:Slink

Persamaan implisit dari parabola didefinisikan oleh polinomial tak tereduksi derajat dua:

a x^{2} + b x y + c y^{2} + d x + e y + f = 0,

seperti yang $b^{2} - 4 a c = 0,$ atau, ekuivalen, sedemikian rupa sehingga $a x^{2} + b x y + c y^{2}$ adalah kuadrat dari polinomial linier.

Sebagai grafik dari suatu fungsi

Bagian sebelumnya menunjukkan bahwa parabola dengan titik asal sebagai sumbu dan sumbu y sebagai sumbu simetri dapat dianggap sebagai grafik suatu fungsi

f (x) = a x^{2} dengan a \neq 0 .

Untuk $a > 0$ parabola membuka ke atas, dan untuk $a < 0$ membuka ke bawah (lihat gambar). Dari bagian di atas diperoleh:

Fokusnya adalah $(0, \frac{1}{4 a})$ ,
Panjang fokusnya $\frac{1}{4 a}$ , dan rektum semi-latusnya $p = \frac{1}{2 a}$ ,
Verteksnya adalah $(0, 0)$ ,
Directrix memiliki persamaan $y = - \frac{1}{4 a}$ ,
Singgung pada titik $(x_{0}, a x_{0}^{2})$ memiliki persamaan $y = 2 a x_{0} x - a x_{0}^{2}$ .

Untuk $a = 1$ parabola adalah unit parabola dengan persamaan $y = x^{2}$ . Fokusnya adalah $(0, \frac{1}{4})$ , rektum semi-latus $p = \frac{1}{2}$ , dan directrix memiliki persamaan $y = - \frac{1}{4}$ .

Fungsi umum derajat 2 adalah:

f (x) = a x^{2} + b x + c dengan a, b, c \in ℝ, a \neq 0

.

Melengkapi hasil kuadrat

f (x) = a {(x + \frac{b}{2 a})}^{2} + \frac{4 a c - b^{2}}{4 a},

yang merupakan persamaan dari parabola dengan

Sumbunya $x = - \frac{b}{2 a}$ (sejajar dengan sumbu y),
panjang fokusnya $\frac{1}{4 a}$ , rektum semi-latus $p = \frac{1}{2 a}$ ,
verteksnya $V = (- \frac{b}{2 a}, \frac{4 a c - b^{2}}{4 a})$ ,
Fokusnya $F = (- \frac{b}{2 a}, \frac{4 a c - b^{2} + 1}{4 a})$ ,
Directrixnya $y = \frac{4 a c - b^{2} - 1}{4 a}$ ,
Titik parabola memotong sumbu y memiliki koordinat $(0, c)$ ,
Garis singgung pada titik pada sumbu y memiliki persamaan $y = b x + c$ .

Kemiripan dengan unit parabola

Saat parabola $y = 2 x^{2}$ diskalakan secara seragam oleh faktor 2, hasilnya adalah parabola $y = x^{2}$

Dua objek dalam bidang Euclidean serupa jika satu dapat ditransformasikan ke yang lain dengan kesamaan, yaitu, komposisi sewenang-wenang dari gerakan kaku (terjemahan dan rotasi) dan skala seragam.

Sebuah parabola $𝒫$ dengan Vertex $V = (v_{1}, v_{2})$ dapat diubah dengan terjemahan $(x, y) \to (x - v_{1}, y - v_{2})$ untuk satu dengan asal sebagai vertex. Rotasi yang sesuai di sekitar titik asal kemudian dapat mentransformasikan parabola menjadi yang memiliki sumbu y sebagai sumbu simetri. Karena itu parabola $𝒫$ dapat ditransformasikan oleh gerakan kaku menjadi parabola dengan persamaan $y = a x^{2}, a \neq 0$ . Parabola seperti itu kemudian dapat diubah oleh penskalaan seragam $(x, y) \to (a x, a y)$ ke dalam unit parabola dengan persamaan $y = x^{2}$ . Dengan demikian, parabola apa pun dapat dipetakan ke unit parabola dengan kesamaan.^[7]

Pendekatan sintetis, menggunakan segitiga serupa, juga dapat digunakan untuk menetapkan hasil ini.^[8]

Hasil umum adalah bahwa dua bagian kerucut (tentu dari jenis yang sama) adalah serupa jika dan hanya jika mereka memiliki eksentrisitas yang sama.^[7] Oleh karena itu, hanya lingkaran (semua memiliki keeksentrikan 0) berbagi properti ini dengan parabola (semua memiliki keeksentrikan 1), sedangkan elips umum dan hiperbola tidak.

Ada transformasi affine sederhana lain yang memetakan parabola $y = a x^{2}$ ke parabola unit, seperti $(x, y) \to (x, \frac{y}{a})$ . Tetapi pemetaan ini bukan kesamaan, dan hanya menunjukkan bahwa semua parabola setara setara (lihat Templat:Slink).

Sebagai bagian kerucut khusus

Pensil bagian kerucut dengan sumbu x sebagai sumbu simetri, satu simpul pada titik asal (0, 0) dan rektum semi-latus yang sama $p$ dapat dinyatakan persamaan:

y^{2} = 2 p x + (e^{2} - 1) x^{2}, e \geq 0,

dengan $e$ keeksentrikan.

Untuk $e = 0$ kerucut adalah lingkaran (lingkaran hitung pensil),
Untuk $0 < e < 1$ sebuah elips,
Untuk $e = 1$ adalah parabola dengan persamaan $y^{2} = 2 p x,$
Untuk $e > 1$ sebuah hiperbola (lihat gambar).

Seperti gambar affine dari unit parabola

Parabola sebagai gambar affine dari unit parabola

Definisi lain dari parabola menggunakan transformasi affine:

Parabola apa pun adalah citra afin dari unit parabola dengan persamaan $y = x^{2}$ .

representasi parametrik

Transformasi affine dari bidang Euclidean memiliki bentuk $\vec{x} \to {\vec{f}}_{0} + A \vec{x}$ , dimana $A$ adalah matriks reguler (penentu bukan 0), dan ${\vec{f}}_{0}$ adalah vektor yang berubah-ubah. Jika ${\vec{f}}_{1}, {\vec{f}}_{2}$ adalah vektor kolom dari matriks $A$ , unit parabola $(t, t^{2}), t \in ℝ$ dipetakan ke parabola

\vec{x} = \vec{p} (t) = {\vec{f}}_{0} + {\vec{f}}_{1} t + {\vec{f}}_{2} t^{2},

Yang dimana:

{\vec{f}}_{0}

adalah titik parabola,

{\vec{f}}_{1}

adalah vektor singgung pada titik

{\vec{f}}_{0}

,

{\vec{f}}_{2}

sejajar dengan sumbu parabola (sumbu simetri melalui titik).

Vertex

Secara umum, dua vektor ${\vec{f}}_{1}, {\vec{f}}_{2}$ tidak tegak lurus, dan ${\vec{f}}_{0}$ bukan verteks, kecuali transformasi afin adalah kesamaan.

Vektor singgung pada titik $\vec{p} (t)$ is ${\vec{p}}^{'} (t) = {\vec{f}}_{1} + 2 t {\vec{f}}_{2}$ . Pada vertex vektor tangen adalah ortogonal ${\vec{f}}_{2}$ . Oleh karena itu parameternya $t_{0}$ verteks adalah solusi dari persamaan

{\vec{p}}^{'} (t) \cdot {\vec{f}}_{2} = {\vec{f}}_{1} \cdot {\vec{f}}_{2} + 2 t f_{2}^{2} = 0,

yang dimana:

t_{0} = - \frac{{\vec{f}}_{1} \cdot {\vec{f}}_{2}}{2 f_{2}^{2}},

dan Vertexnya adalah

\vec{p} (t_{0}) = {\vec{f}}_{0} - \frac{{\vec{f}}_{1} \cdot {\vec{f}}_{2}}{2 f_{2}^{2}} {\vec{f}}_{1} + \frac{({\vec{f}}_{1} \cdot {\vec{f}}_{2})^{2}}{4 (f_{2}^{2})^{2}} {\vec{f}}_{2} .

panjang fokus dan fokus

Panjang fokusnya dapat ditentukan oleh transformasi parameter yang sesuai (yang tidak mengubah bentuk geometris parabola). Panjang fokusnya adalah

f = \frac{f_{1}^{2} f_{2}^{2} - ({\vec{f}}_{1} \cdot {\vec{f}}_{2})^{2}}{4 | f_{2} |^{3}} .

Karenanya fokus parabola adalah

F : {\vec{f}}_{0} - \frac{{\vec{f}}_{1} \cdot {\vec{f}}_{2}}{2 f_{2}^{2}} {\vec{f}}_{1} + \frac{f_{1}^{2} f_{2}^{2}}{4 (f_{2}^{2})^{2}} {\vec{f}}_{2} .

representasi tersirat

Memecahkan representasi parametrik untuk $t, t^{2}$ oleh aturan Cramer dan menggunakan $t \cdot t - t^{2} = 0$ , salah satunta mendapatkan representasi implisit

\det (\vec{x} - \vec{f}_{0}, \vec{f}_{2})^{2} - \det (\vec{f}_{1}, \vec{x} - \vec{f}_{0}) \det (\vec{f}_{1}, \vec{f}_{2}) = 0

.

parabola di luar angkasa

Definisi parabola di bagian ini memberikan representasi parametrik parabola yang sewenang-wenang, bahkan di ruang angkasa, jika ada yang memungkinkan. $\vec{f}_{0}, \vec{f}_{1}, \vec{f}_{2}$ menjadi vektor dalam ruang.

Bukti properti reflektif

Properti reflektif menyatakan bahwa jika parabola dapat memantulkan cahaya, maka cahaya yang masuk paralel dengan sumbu simetri dipantulkan ke arah fokus. Ini berasal dari optik geometris, berdasarkan pada asumsi bahwa cahaya bergerak dalam sinar. Dalam bukti berikut, fakta bahwa setiap titik pada parabola sama jauhnya dari fokus dan dari directrix diambil sebagai aksiomatik.

Pertimbangkan parabolanya Templat:Math. Karena semua parabola serupa, kasing sederhana ini mewakili yang lain. Sisi kanan diagram menunjukkan bagian parabola ini.

Konstruksi dan definisi

Titik E adalah titik arbitrer pada parabola, dengan koordinat Templat:Math. Fokusnya adalah F, simpulnya adalah A (asal), dan garis Templat:Overline (sumbu y) adalah sumbu simetri. Garis Templat:Overline sejajar dengan sumbu simetri dan memotong sumbu x pada D. Titik C terletak pada directrix (yang tidak ditampilkan, untuk meminimalkan kekacauan). Titik B adalah titik tengah segmen garis Templat:Overline.

Deduksi

Diukur sepanjang sumbu simetri, simpul A berjarak sama dari fokus F dan dari directrix. Menurut teorema intersep, karena C ada di directrix, Kordinat Templat:Mvar F dan C sama dalam nilai absolut dan berlawanan dalam tanda. B adalah titik tengah dari Templat:Overline, jadi begitu kordinat Templat:Mvar adalah nol, karena itu terletak pada sumbu Templat:Mvar. Koordinat Templat:Mvar-nya adalah setengah dari E, D, dan C, yaitu, x / 2. Kemiringan garis BE adalah hasil bagi dari panjang ED dan BD, yaitu Templat:Math. Tapi Templat:Math juga merupakan kemiringan (turunan pertama) parabola di E. Oleh karena itu, garis Templat:Overline adalah garis singgung parabola di E.

Jarak Templat:Overline dan Templat:Overline sama karena E ada di parabola, F adalah fokus dan C ada di directrix. Karena itu, karena B adalah titik tengah dari Templat:Overline, segitiga △FEB dan △CEB adalah kongruen (tiga sisi), yang menyiratkan bahwa sudut ditandai Templat:Mvar kongruen. (Sudut di atas E adalah sudut yang berlawanan secara vertikal ∠BEC.) Ini berarti bahwa sinar cahaya yang memasuki parabola dan tiba di E yang sejajar dengan sumbu simetri akan dipantulkan oleh garis Templat:Overline jadi itu bergerak sepanjang garis Templat:Overline, seperti yang ditunjukkan dengan warna merah dalam diagram (dengan asumsi bahwa garis-garis entah bagaimana dapat memantulkan cahaya). Sejak Templat:Overline adalah bersinggungan dengan parabola di E, refleksi yang sama akan dilakukan oleh busur parabola yang sangat kecil di E. Oleh karena itu, cahaya yang memasuki parabola dan tiba di E yang berjalan paralel dengan sumbu simetri parabola tercermin oleh parabola menuju fokusnya.

Titik E tidak memiliki karakteristik khusus. Kesimpulan ini tentang cahaya yang dipantulkan berlaku untuk semua titik pada parabola, seperti yang ditunjukkan di sebelah kiri diagram. Ini adalah properti reflektif.

Konsekuensi lain

Ada teorema lain yang dapat disimpulkan hanya dari argumen di atas.

Properti pembagian dua garis singgung

Bukti di atas dan diagram yang menyertainya menunjukkan bahwa garis singgung Templat:Overline membagi dua sudut ∠FEC. Pada kata lain, garis singgung pada parabola pada suatu titik membagi dua sudut antara garis yang menghubungkan titik dengan fokus dan tegak lurus terhadap directrix.

Persimpangan singgungan dan tegak lurus dari fokus

Garis tegak lurus dari fokus ke garis singgung

Karena segitiga △FBE dan △CBE adalah kongruen, Templat:Overline adalah tegak lurus terhadap garis singgung Templat:Overline. Karena B ada pada sumbu Templat:Mvar, yang bersinggungan dengan parabola di verteksnya, maka titik persimpangan antara sembarang parabola dengan yang tegak lurus dari fokus ke tangen itu terletak pada garis yang bersinggungan dengan parabola pada verteksnya. Lihat diagram animasi^[9] dan kurva pedal.

Refleksi cahaya yang menyerang sisi cembung

Jika cahaya bergerak sepanjang garis Templat:Overline, bergerak sejajar dengan sumbu simetri dan menyerang sisi cembung parabola di E. Jelas dari diagram di atas bahwa cahaya ini akan dipantulkan langsung dari fokus, di sepanjang perpanjangan segmen Templat:Overline.

Bukti alternatif

Bukti di atas sifat bisection reflektif dan tangen menggunakan garis kalkulus. Di sini bukti geometris disajikan.

Dalam diagram ini, F adalah fokus parabola, dan T dan U terletak pada directrix-nya. P adalah titik arbitrer pada parabola. Templat:Overline adalah tegak lurus terhadap directrix, dan garis Templat:Overline membagi dua sudut ∠FPT. Q adalah titik lain di parabola, dengan Templat:Overline tegak lurus dengan directrix. Yang diketahui, Templat:Overline = Templat:Overline dan Templat:Overline = Templat:Overline. Jelasnya, Templat:Overline > Templat:Overline, jadi Templat:Overline > Templat:Overline. Semua titik pada garis-bagi Templat:Overline sama dari F dan T, tetapi Q lebih dekat ke F daripada ke T. Ini berarti bahwa Q ada di sebelah kiri Templat:Overline, yaitu, di sisi yang sama sebagai fokus. Hal yang sama akan benar jika Q terletak di tempat lain di parabola (kecuali pada titik P), sehingga seluruh parabola, kecuali titik P, berada di sisi fokus Templat:Overline. Karena itu, Templat:Overline adalah bersinggungan dengan parabola di P. Karena membagi dua sudut ∠FPT, ini membuktikan sifat membagi dua garis singgung.

Logika paragraf terakhir dapat diterapkan untuk memodifikasi bukti properti reflektif di atas. Ini secara efektif membuktikan garis Templat:Overline menjadi bersinggungan dengan parabola di E jika sudut Templat:Mvar adalah sama. Properti reflektif mengikuti seperti yang ditunjukkan sebelumnya.

Konstruksi pin dan string

Definisi parabola berdasarkan fokus dan directrix dapat digunakan untuk menggambarnya dengan bantuan pin dan string:^[10]

Pilih fokusnya $F$ dan directrixnya $l$ dari parabola.
Ambil segitiga dari satu set persegi dan siapkan string dengan panjang $| A B |$ (lihat diagram).
Pin salah satu ujung tali pada titik $A$ dari segitiga dan yang lainnya untuk fokus $F$ .
Posisikan segitiga sedemikian rupa sehingga ujung kedua dari sudut kanan bebas untuk membuat garis di sepanjang directrix.
Ambil pena dan pegang talinya erat-erat ke segitiga.
Sementara menggerakkan segitiga di sepanjang directrix, pena menggambar busur parabola, karena $| P F | = | P B |$ (lihat definisi parabola).

Sifat singgung

Dua sifat singgung terkait dengan rektum latus

Biarkan garis simetri memotong parabola di titik Q, dan tunjukkan fokus sebagai titik F dan jaraknya dari titik Q sebagai Templat:Mvar. Biarkan garis tegak lurus ke garis simetri, melalui fokus, memotong parabola pada titik T. Kemudian (1) jarak dari F ke T adalah Templat:Math, dan (2) bersinggungan dengan parabola pada titik T memotong garis simetri pada a 45° derajat.^[11]Templat:Rp

Garis singgung tegak lurus berpotongan pada directrix

Properti ortoptic

Templat:MainJika dua garis singgung parabola saling tegak lurus, maka mereka bersinggungan dengan directrix. Sebaliknya, dua garis singgung yang bersinggungan pada directrix adalah tegak lurus.

Teorema Lambert

Biarkan tiga garis singgung ke parabola membentuk segitiga. Kemudian Teorema Lambert menyatakan bahwa fokus parabola terletak pada lingkaran dari segitiga.^[12]^[13]Templat:Rp

Pendapat Tsukerman dengan teorema Lambert menyatakan bahwa, diberi tiga garis yang mengikat segitiga, jika dua garis bersinggungan dengan parabola yang fokusnya terletak pada lingkaran segitiga, maka garis ketiga juga bersinggungan dengan parabola.^[13]

Sebagai kurva Bézier kuadratik

Kurva Bézier kuadratik dan titik kontrolnya

Kurva Bézier kuadratik adalah kurva $\vec{c} (t)$ didefinisikan oleh tiga poin $P_{0} : {\vec{p}}_{0}$ , $P_{1} : {\vec{p}}_{1}$ dan $P_{2} : {\vec{p}}_{2}$ , disebut titik kontrol:

\begin{matrix} \vec{c} (t) & = \sum_{i = 0}^{2} (\binom{2}{i}) t^{i} (1 - t)^{2 - i} {\vec{p}}_{i} \\ = (1 - t)^{2} {\vec{p}}_{0} + 2 t (1 - t) {\vec{p}}_{1} + t^{2} {\vec{p}}_{2} \\ = ({\vec{p}}_{0} - 2 {\vec{p}}_{1} + {\vec{p}}_{2}) t^{2} + (- 2 {\vec{p}}_{0} + 2 {\vec{p}}_{1}) t + {\vec{p}}_{0}, t \in [0, 1] . \end{matrix}

Kurva ini adalah busur parabola (Lihat Templat:Slink).

Integrasi numerik

Dalam satu metode integrasi numerik salah satunya mengganti grafik fungsi dengan busur parabola dan mengintegrasikan busur parabola. Parabola ditentukan oleh tiga poin. Rumus untuk satu busur adalah.

\int_{a}^{b} f (x) d x \approx \frac{b - a}{6} \cdot (f (a) + 4 f (\frac{a + b}{2}) + f (b)) .

Metode ini disebut aturan Simpson.

Panjang busur

Jika suatu titik X terletak pada parabola dengan panjang fokus Templat:Mvar, dan jika Templat:Mvar adalah jarak tegak lurus dari X ke sumbu simetri parabola, maka panjang busur parabola yang berakhir pada X dapat dihitung dari Templat:Mvar dan Templat:Mvar sebagai berikut, dengan asumsi mereka semua dinyatakan dalam unit yang sama.Templat:Efn

\begin{matrix} h & = \frac{p}{2}, \\ q & = \sqrt{f^{2} + h^{2}}, \\ s & = \frac{h q}{f} + f \ln \frac{h + q}{f} . \end{matrix}

Jumlah Templat:Mvar ini adalah panjang busur antara X dan puncak parabola.

Panjang busur antara X dan titik berlawanan secara simetris di sisi lain parabola adalah Templat:Math.

Jarak tegak lurus Templat:Mvar dapat diberi tanda positif atau negatif untuk menunjukkan pada sisi mana sumbu simetri X berada. Membalik tanda Templat:Mvar membalikkan tanda-tanda Templat:Mvar dan Templat:Mvar tanpa mengubah nilai absolut mereka. Jika jumlah-jumlah ini ditetapkan, panjang busur antara dua titik pada parabola selalu ditunjukkan oleh perbedaan antara nilai mereka dari Templat:Mvar. Perhitungan dapat disederhanakan dengan menggunakan properti logaritma:

s_{1} - s_{2} = \frac{h_{1} q_{1} - h_{2} q_{2}}{f} + f \ln \frac{h_{1} + q_{1}}{h_{2} + q_{2}} .

Ini dapat berguna, misalnya, dalam menghitung ukuran bahan yang dibutuhkan untuk membuat reflektor parabola atau palung parabola.

Perhitungan ini dapat digunakan untuk parabola dalam orientasi apa pun. Ini tidak terbatas pada situasi di mana sumbu simetri sejajar dengan sumbu y.

Sifat singgung

Dua sifat singgung terkait dengan rektum latus

Biarkan garis simetri memotong parabola di titik Q, dan tunjukkan fokus sebagai titik F dan jaraknya dari titik Q sebagai Templat:Mvar. Biarkan garis tegak lurus ke garis simetri, melalui fokus, memotong parabola pada titik T. Kemudian (1) jarak dari F ke T adalah Templat:Math, dan (2) bersinggungan dengan parabola pada titik T memotong garis simetri pada sudut a 45° .^[11]Templat:Rp

Sifat ortoptic

Templat:MainJika dua garis singgung pada sebuah parabola adalah saling tegak lurus, maka mereka bersinggungan dengan directrix. Sebaliknya, dua garis singgung yang bersinggungan pada directrix adalah tegak lurus.

Teorema Lambert

Biarkan tiga garis singgung ke parabola saling tegak lurus. Kemudian Teorema Lambert menyatakavn bahwa fokus parabola terletak pada circumcircle of the triangle.^[12]^[14]Templat:Rp

Pendapat Tsukerman dengan teorema Lambert menyatakan bahwa, diberi tiga garis yang mengikat segitiga, jika dua garis bersinggungan dengan parabola yang fokusnya terletak pada lingkaran segitiga, maka garis ketiga juga bersinggungan dengan parabola.^[15]

Panjang fokus dan jari-jari kelengkungan pada Vertex

Panjang fokus parabola adalah setengah dari jari-jari kelengkungan di puncaknya.

Bukti

Gambar terbalik. AB adalah sudut Templat:Mvar. C adalah asal. O adalah pusat. A adalah Templat:Math. OA = OC = Templat:Mvar. PA = Templat:Mvar. CP = Templat:Mvar. OP = Templat:Math. Titik dan garis lain tidak relevan untuk tujuan ini.
Jari-jari kelengkungan di puncak adalah dua kali panjang fokus. Pengukuran yang ditunjukkan pada diagram di atas adalah dalam satuan rektum latus, yang empat kali panjang fokus.

Pertimbangkan sebuah titik Templat:Math pada lingkaran jari-jari Templat:Mvar dan dengan pusat di titik Templat:Math. Lingkaran melewati titik asal. Jika titiknya dekat dengan asal, teorema Pythagoras menunjukkan itu:

\begin{matrix} x^{2} + (R - y)^{2} & = R^{2}, \\ x^{2} + R^{2} - 2 R y + y^{2} & = R^{2}, \\ x^{2} + y^{2} & = 2 R y . \end{matrix}

Tapi jika Templat:Math sangat dekat dengan titik asal, karena sumbu x adalah garis singgung ke lingkaran, Templat:Mvar sangat kecil dibandingkan dengan Templat:Mvar, jadi Templat:Math diabaikan dibandingkan dengan ketentuan lainnya. Karena itu, sangat dekat dengan asalnya

x^{2} = 2 R y .

Templat:Pad(1)

Bandingkan ini dengan parabola

x^{2} = 4 f y,

Templat:Pad(2)

yang memiliki simpul pada titik awalnya, terbuka ke atas, dan memiliki panjang fokus Templat:Mvar (lihat bagian sebelumnya dari artikel ini).

Persamaan (1) dan (2) adalah setara jika Templat:Math. Oleh karena itu, ini adalah kondisi untuk lingkaran dan parabola bertepatan dan sangat dekat dengan asal. Jari-jari kelengkungan pada titik asal, yang merupakan puncak (Vertex) parabola, adalah dua kali panjang fokus.

Sebagai bagian bidang segi empat

Kuadrik berikut berisi parabola sebagai bagian bidang:

kerucut elips,
silinder parabola,
paraboloid elips,
paraboloid hiperbolik,
hiperboloid satu lembar,
hiperboloid dua lembar.

Kerucut elips
Silinder parabola
Paraboloid berbentuk bulat panjang
Paraboloid hiperbolik
Hiperboloid satu lembar
Hiperboloid dua lembar

Sebagai trisectrix

Parabola dapat digunakan sebagai trisectrix, yang memungkinkan pemotongan tepat dari sudut arbitari dengan penggaris-sejajar dan kompas. Ini tidak bertentangan dengan ketidakmungkinan pemotongan sudut dengan konstruksi kompas dan garis lurus saja, karena penggunaan parabola tidak diperbolehkan dalam aturan klasik untuk konstruksi kompas dan garis lurus.

Untuk trisect $∠ A O B$ , sebagai kakinya $O B$ pada sumbu x sedemikian rupa sehingga vertex $O$ berasal dari sistem koordinat asal. Sistem koordinat juga mengandung parabola $y = 2 x^{2}$ . Unit lingkaran dengan jari-jari 1 di sekitar titik asal memotong kaki sudut lainnya $O A$ , dan dari titik persimpangan ini tarik garis tegak lurus ke sumbu y. Paralel dengan sumbu y melalui titik tengah tegak lurus dan garis singgung pada satuan lingkaran di $(0, 1)$ berpotongan di $C$ . Lingkaran di sekitar $C$ dengan jari-jari $O C$ memotong parabola di $P_{1}$ . Yang tegak lurus dari $P_{1}$ ke sumbu x memotong unit lingkaran di $P_{2}$ , dan $∠ P_{2} O B$ tepat sepertiga dari $∠ A O B$ .

Ketepatan konstruksi ini dapat dilihat dengan menunjukkan bahwa koordinat x $P_{1}$ adalah $\cos (α)$ . Memecahkan sistem persamaan yang diberikan oleh lingkaran di sekitar $C$ dan parabola mengarah ke persamaan kubik $4 x^{3} - 3 x - \cos (3 α) = 0$ . Formula triple-sudut $\cos (3 α) = 4 \cos (α)^{3} - 3 \cos (α)$ kemudian menunjukkan bahwa $\cos (α)$ adalah memang solusi dari persamaan kubik itu.

Pembagian atas tiga bagian ini (trisection) kembali ke René Descartes, yang menggambarkannya dalam bukunya Templat:Lang (1637).^[16]

Keterangan

Pranala luar

Templat:Commonscat

Referensi

↑ Bidang tangensial hanya menyentuh permukaan kerucut di sepanjang garis, yang melewati puncak kerucut.
↑ Templat:Cite web
↑ Templat:Cite book
↑ Templat:Cite book
↑ Templat:Cite book
↑ Templat:Cite web
↑ ^7,0 ^7,1 Templat:Citation.
↑ Templat:Citation.
↑ Templat:Cite journal
↑ Frans van Schooten: Mathematische Oeffeningen, Leyden, 1659, p. 334.
↑ ^11,0 ^11,1 Templat:Cite book Templat:ISBN missing
↑ ^12,0 ^12,1 Templat:Cite journal
↑ ^13,0 ^13,1 Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama ET2
↑ Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama ET3
↑ Templat:Cite journal
↑ Templat:Cite journal

Templat:Bangun

Templat:Irisan kerucut

Templat:Authority control

[1] Bidang tangensial hanya menyentuh permukaan kerucut di sepanjang garis, yang melewati puncak kerucut.

[2] Templat:Cite web

[3] Templat:Cite book

[4] Templat:Cite book

[5] Templat:Cite book

[6] Templat:Cite web

[Kumpel-7] 7,0 ^7,1 Templat:Citation.

[8] Templat:Citation.

[ET-9] Templat:Cite journal

[10] Frans van Schooten: Mathematische Oeffeningen, Leyden, 1659, p. 334.

[Downs_2003-11] 11,0 ^11,1 Templat:Cite book Templat:ISBN missing

[Sondow_2013_929–935-12] 12,0 ^12,1 Templat:Cite journal

[ET2-13] 13,0 ^13,1 Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama ET2

[ET3-14] Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama ET3

[ET22-15] Templat:Cite journal

[16] Templat:Cite journal

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

Parabola

Daftar isi

Sejarah

Definisi sebagai lokus poin

Dalam sistem koordinat kartesius

Sumbu simetri sejajar dengan sumbu y

Catatan

Kasus umum

Sebagai grafik dari suatu fungsi

Kemiripan dengan unit parabola

Sebagai bagian kerucut khusus

Seperti gambar affine dari unit parabola

Bukti properti reflektif

Konstruksi dan definisi

Deduksi

Konsekuensi lain

Properti pembagian dua garis singgung

Persimpangan singgungan dan tegak lurus dari fokus

Refleksi cahaya yang menyerang sisi cembung

Bukti alternatif

Konstruksi pin dan string

Sifat singgung

Dua sifat singgung terkait dengan rektum latus

Properti ortoptic

Teorema Lambert

Sebagai kurva Bézier kuadratik

Integrasi numerik

Panjang busur

Sifat singgung

Dua sifat singgung terkait dengan rektum latus

Sifat ortoptic

Teorema Lambert

Panjang fokus dan jari-jari kelengkungan pada Vertex

Sebagai bagian bidang segi empat

Sebagai trisectrix

Keterangan

Pranala luar

Referensi

Menu navigasi

Parabola

Sejarah

Definisi sebagai lokus poin

Dalam sistem koordinat kartesius

Sumbu simetri sejajar dengan sumbu y

Catatan

Kasus umum

Sebagai grafik dari suatu fungsi

Kemiripan dengan unit parabola

Sebagai bagian kerucut khusus

Seperti gambar affine dari unit parabola

Bukti properti reflektif

Konstruksi dan definisi

Deduksi

Konsekuensi lain

Properti pembagian dua garis singgung

Persimpangan singgungan dan tegak lurus dari fokus

Refleksi cahaya yang menyerang sisi cembung

Bukti alternatif

Konstruksi pin dan string

Sifat singgung

Dua sifat singgung terkait dengan rektum latus

Properti ortoptic

Teorema Lambert

Sebagai kurva Bézier kuadratik

Integrasi numerik

Panjang busur

Sifat singgung

Dua sifat singgung terkait dengan rektum latus

Sifat ortoptic

Teorema Lambert

Panjang fokus dan jari-jari kelengkungan pada Vertex

Sebagai bagian bidang segi empat

Sebagai trisectrix

Keterangan

Pranala luar

Referensi

Menu navigasi

Pencarian