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Topos Uranos

요약

이 수업은 포물선을 한 고정된 점(초점)과 한 고정된 직선(준선)에서 같은 거리에 있는 점의 집합으로 정의하고, 이 정의로부터 그 방정식을 이끌어 낸다. 그래프의 평행이동으로 꼭짓점이 임의의 점에 있는 포물선의 방정식을 얻고, 이차식의 그래프가 정확히 축이 연직인 포물선임을 보인다. 완전제곱식 만들기가 그 꼭짓점, 초점, 준선을 준다. 끝으로 포물선과 직선의 교점, 그리고 접선을 다룬다.

학습 목표

  1. 초점과 준선을 이용하여 포물선의 정의를 진술하고, 그로부터 방정식을 이끌어 낸다.
  2. xx를 x−hx - h로, yy를 y−ky - k로 바꾸어 그래프를 평행이동한다.
  3. 이차식으로 주어진 포물선의 꼭짓점, 초점, 준선을 구한다.
  4. 포물선과 직선의 교점, 그리고 주어진 기울기를 갖는 접선을 구한다.

두 가지 예비 개념

두 점 사이의 거리

포물선의 정의는 거리에 바탕을 둔다. 직선의 방정식에 관한 수업에서 보았듯이, 평면 위의 두 점 사이의 거리는 피타고라스 정리로 구한다:

d(P1,P2)=(x2−x1)2+(y2−y1)2d(P_1, P_2) = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}

점 (x,y)(x, y)와 수평인 직선 y=cy = c 사이의 거리는 둘을 잇는 연직 선분의 길이, 즉 yy와 cc의 차를 양의 부호로 취한 값이다. 이 값을 그 차의 제곱의 제곱근으로 쓰는 것이 편리하며, 이 제곱근은 언제나 양수이거나 영이다:

(y−c)2\sqrt{(y - c)^2}

그래프의 평행이동

그래프의 변환 정리는 함수의 연산에 관한 수업에서 증명되었으며, y=f(x−h)+ky = f(x - h) + k의 그래프가 y=f(x)y = f(x)의 그래프를 오른쪽으로 hh만큼, 위로 kk만큼 평행이동한 것이라고 말한다. 그 증명은 곡선이 함수의 그래프라는 사실을 쓰지 않으므로, xx와 yy 사이의 어떤 방정식에 대해서도 성립한다. 점 (a,b)(a, b)가 원래 방정식을 만족하는 것은 점 (a+h,b+k)(a + h, b + k)가, xx를 x−hx - h로, yy를 y−ky - k로 바꾸어 얻은 방정식을 만족하는 것과 정확히 같기 때문이다. 포물선의 방정식은 이렇게 평행이동될 것이다.

예시포물선의 평행이동

y=x2y = x^2의 그래프에서 출발하여, 그것을 오른쪽으로 단위 길이만큼, 위로 단위 길이만큼 평행이동한다.

증명

  1. y=x2y = x^2

    원래 그래프의 가장 낮은 점은 원점에 있다.

  2. y=(x−1)2y = (x - \resaltar{1})^2

    xx를 x−1x - 1로 바꾼다: 각 점이 오른쪽으로 단위 길이만큼 이동하고, 가장 낮은 점은 (1,0)(1, 0)으로 옮겨 간다.

  3. y−1=(x−1)2y - \resaltar{1} = (x - 1)^2

    또 yy를 y−1y - 1로 바꾼다: 그래프가 단위 길이만큼 올라가고, 가장 낮은 점은 (1,1)(1, 1)로 옮겨 간다.