ViewWiki

מפתח תשובות · יחידה 11

חתכי חרוט.

שאלות התרגול של כל שיעור, התשובות הנכונות שלהן והטעויות שהן מזהות. תשובות שנקראות מהסצנה משתמשות באותה הגדרה שהלומדים רואים.

שיעור 1 מתוך 3 · כ־20 דקות

חותכים חרוט

ארבע עקומות מחתך אחד: מעגל, אליפסה, פרבולה והיפרבולה, לפי ההטיה של החתך מול צד החרוט, הרדיוס של חתך מאוזן, למה המרחק מהקודקוד משנה רק את הגודל, ומה קורה בחתך דרך הקודקוד.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם
  1. שלב 1 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    ארבע עקומות

    תרגול · נבאו, ואז הסתכלו

    השאלה

    צד החרוט נוטה ב־60°60^\circ⁠ מהמישור המאוזן, כי זווית הפתיחה שלו היא 30°30^\circ⁠ מכל צד של הציר. מה יהיה החתך כשהטיית החתך תהיה 60°60^\circ⁠, מקבילה לצד?

    התשובה הנכונה

    • נכונה פרבולה

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1.8קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    כבויקבוע

    האפשרויות

    • נכונה פרבולה

    • שגויה אליפסה ארוכה מאוד

      טעות נפוצה: Expects a cut parallel to the cone’s side to close into an ellipse.

      משוב מהקטלוג

      אליפסה נסגרת כי החתך חוצה את כל הקווים של החרוט באותו חצי. כשהחתך מקביל לאחד הקווים, הקו הזה לעולם לא פוגש אותו, והעקומה נפתחת לאינסוף: פרבולה. היא נמשכת עד שפת החרוט ומעבר לה.

    • שגויה היפרבולה

      משוב

      היפרבולה מתקבלת כשהחתך תלול יותר מהצד, וחוצה את שני חצאי החרוט. במקביל לצד הוא חוצה רק אחד.

    • שגויה מעגל

      משוב

      מעגל מתקבל רק בחתך מאוזן, בהטיה 0°0^\circ⁠.

    אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

    הטיית החתך
    60 °קבוע

    ואז הסצנה מראה: 1 · E = sin(tilt) / cos(half-angle): 0 circle, below 1 ellipse, 1 parabola, above 1 hyperbola/nodes/cone/outputs/eccentricity

    ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.

    משוב לתשובה נכונה

    פרבולה: החתך מקביל לקו אחד של החרוט, ולכן לא פוגש אותו, והעקומה נפתחת ולא נסגרת. זו אותה פרבולה של פונקציה ריבועית.

    פתרון מלא

    1. פחות תלול מהצד (θ<60°\theta < 60^\circ⁠): החתך חוצה את כל קווי החרוט בחצי אחד, ונסגר: אליפסה.
    2. בדיוק במקביל לצד (θ=60°\theta = 60^\circ⁠): קו אחד של החרוט לא נחתך, והעקומה פתוחה: פרבולה.
    3. תלול יותר (θ>60°\theta > 60^\circ⁠): החתך חוצה גם את החצי השני: היפרבולה, עם שני ענפים.
  2. שלב 2 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    היפרבולה

    תרגול · הגיעו למטרה

    השאלה

    שנו את הטיית החתך כך שהחתך יחצה את שני חצאי החרוט, ולחצו על בדיקה.

    המטרה

    • 3 ± 0.1

      בתחילת השלב: 1

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °
    מרחק מהקודקוד
    1.8קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    כבויקבוע
    נקרא מהסצנה בנקודה
    0 circle, 1 ellipse, 2 parabola, 3 hyperbola; through the tip 10 a point, 11 one line, 12 two crossing lines/nodes/cone/outputs/kind

    הגדרה אחת שמגיעה למטרה

    הטיית החתך
    61 °

    משוב לתשובה נכונה

    כל הטיה מעל 60°60^\circ⁠, תלולה יותר מצד החרוט, נותנת היפרבולה: ענף אחד בחרוט העליון ואחד בתחתון.

    משוב לתשובה שגויה

    עוד לא. החתך צריך להיות תלול יותר מצד החרוט.

    פתרון מלא

    1. צד החרוט נוטה ב־90°−30°=60°90^\circ - 30^\circ = 60^\circ⁠.
    2. חתך תלול יותר, θ>60°\theta > 60^\circ⁠, ממשיך מעבר לקודקוד וחוצה גם את החצי השני.
    3. קבעו את הטיית החתך, למשל, על 75°75^\circ⁠.
  3. שלב 3 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    מעגל

    תרגול · חשבו

    השאלה

    החתך מאוזן, 22⁠ יחידות מעל הקודקוד, וצד החרוט נפתח ב־30°30^\circ⁠ מהציר. מהו הרדיוס של המעגל? (tan⁡30°≈0.577\tan 30^\circ \approx 0.577⁠)

    התשובה הנכונה

    1.155 ± 0.01

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    0 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    2קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    כבויקבוע
    מתקבלת בטווח
    ± 0.01
    מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
    A, half the distance between the vertices (a circle's radius); NaN for a parabola or through the tip/nodes/cone/outputs/semiMajor

    תשובות שגויות שהשאלה מזהה

    • 1 ± 0.01

      טעות נפוצה: Uses sin or cos of the half-angle for the radius of a level cut, instead of tan.

      משוב מהקטלוג

      בחתך מאוזן, בגובה dd⁠ מעל הקודקוד, הרדיוס rr⁠ והגובה dd⁠ הם שני הניצבים של משולש ישר זווית, והזווית שליד הקודקוד היא חצי זווית הפתיחה, α\alpha⁠. הניצב שמול חלקי הניצב שליד הוא טנגנס: r=dtan⁡αr = d\tan\alpha⁠.

    • 1.732 ± 0.01

      טעות נפוצה: Uses sin or cos of the half-angle for the radius of a level cut, instead of tan.

      משוב מהקטלוג

      בחתך מאוזן, בגובה dd⁠ מעל הקודקוד, הרדיוס rr⁠ והגובה dd⁠ הם שני הניצבים של משולש ישר זווית, והזווית שליד הקודקוד היא חצי זווית הפתיחה, α\alpha⁠. הניצב שמול חלקי הניצב שליד הוא טנגנס: r=dtan⁡αr = d\tan\alpha⁠.

    משוב לתשובה נכונה

    r=2tan⁡30°≈1.155r = 2\tan 30^\circ \approx 1.155⁠. הרדיוס, הגובה וצד החרוט יוצרים משולש ישר זווית.

    פתרון מלא

    1. חתכו את החרוט לאורך הציר: הגובה d=2d = 2⁠, הרדיוס rr⁠ וצד החרוט יוצרים משולש ישר זווית.
    2. הזווית בקודקוד היא 30°30^\circ⁠; rr⁠ מולה ו־dd⁠ לידה.
    3. tan⁡30°=rd\tan 30^\circ = \frac{r}{d}⁠, ולכן r=2⋅0.577≈1.155r = 2 \cdot 0.577 \approx 1.155⁠.

    אם יצא לכם 11⁠, השתמשתם בסינוס: 22⁠ הוא ניצב, לא היתר.

  4. שלב 4 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    גודל וצורה

    תרגול · בחרו

    השאלה

    ההטיה נשארת 30°30^\circ⁠. מה קורה לאליפסה כשמזיזים את החתך רחוק יותר מהקודקוד? נסו את מרחק מהקודקוד, וענו.

    התשובה הנכונה

    • נכונה היא גדלה, ונשארת באותה צורה

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1
    הצגת כדורי המוקד
    כבויקבוע

    האפשרויות

    מוצגות בסדר אקראי.

    • נכונה היא גדלה, ונשארת באותה צורה

    • שגויה היא נעשית עגולה יותר

      טעות נפוצה: Thinks moving the cut along the cone changes the curve’s shape, not just its size.

      משוב מהקטלוג

      חרוט נראה אותו דבר בכל גודל: הזזת החתך הלאה מהקודקוד, באותה הטיה, היא כמו הגדלה של כל התמונה. כל האורכים גדלים באותו יחס, ולכן הצורה והאקסצנטריות לא משתנות. רק ההטיה קובעת את הצורה.

    • שגויה היא נמתחת ונעשית צרה יותר

      טעות נפוצה: Thinks moving the cut along the cone changes the curve’s shape, not just its size.

      משוב מהקטלוג

      חרוט נראה אותו דבר בכל גודל: הזזת החתך הלאה מהקודקוד, באותה הטיה, היא כמו הגדלה של כל התמונה. כל האורכים גדלים באותו יחס, ולכן הצורה והאקסצנטריות לא משתנות. רק ההטיה קובעת את הצורה.

    • שגויה בסוף היא נפתחת לפרבולה

      משוב

      הצורה תלויה רק בהטיה, ו־30°30^\circ⁠ פחות תלול מהצד: האליפסה נשארת סגורה בכל מרחק.

    משוב לתשובה נכונה

    היא גדלה באותו יחס בכל כיוון: חרוט שמוגדל נראה בדיוק כמו החרוט המקורי. הצורה, וגם האקסצנטריות, תלויות רק בהטיה.

    פתרון מלא

    1. חרוט דומה לעצמו: הגדלה פי kk⁠ סביב הקודקוד מעבירה אותו לעצמו.
    2. אותה הגדלה מעבירה חתך במרחק dd⁠ לחתך מקביל במרחק kdkd⁠.
    3. לכן כל האורכים של החתך גדלים פי kk⁠, והצורה לא משתנה.
  5. שלב 5 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    דרך הקודקוד

    תרגול · נבאו, ואז הסתכלו

    השאלה

    ההטיה היא 80°80^\circ⁠, והחתך הוא היפרבולה. מה יהיה החתך כשהמרחק מהקודקוד יהיה 00⁠, דרך הקודקוד עצמו?

    התשובה הנכונה

    • נכונה שני ישרים שנחתכים בקודקוד

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    80 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    כבויקבוע

    האפשרויות

    • נכונה שני ישרים שנחתכים בקודקוד

    • שגויה נקודה אחת

      משוב

      נקודה מתקבלת כשחתך פחות תלול מהצד עובר בקודקוד: הוא נוגע בחרוט רק שם. חתך תלול חוצה אותו.

    • שגויה ישר אחד

      משוב

      ישר אחד מתקבל בחתך דרך הקודקוד שמקביל לצד, ב־60°60^\circ⁠: הוא נוגע בחרוט לאורך קו אחד.

    • שגויה היפרבולה קטנה

      משוב

      ההיפרבולה קטנה כשהמרחק קטן, ובמרחק 00⁠ היא מתנוונת: הענפים נצמדים לאסימפטוטות שלהם, שני ישרים.

    אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

    מרחק מהקודקוד
    0קבוע

    ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.

    משוב לתשובה נכונה

    שני ישרים שנחתכים: החתך מכיל שני קווים של החרוט. אלה חתכי החרוט המנוונים: נקודה, ישר אחד או שני ישרים, לפי ההטיה.

    פתרון מלא

    1. חתך דרך הקודקוד מכיל את הקודקוד, וכל קו של החרוט שיושב בו.
    2. חתך תלול מהצד חוצה את החרוט, ולכן שני קווים של החרוט שוכבים בו.
    3. התוצאה: שני ישרים שנחתכים בקודקוד, האסימפטוטות של ההיפרבולות הקרובות.

שיעור 2 מתוך 3 · כ־20 דקות

אקסצנטריות

מספר אחד שמתאר את צורת חתך החרוט: האקסצנטריות e, מ־0 במעגל ועד יותר מ־1 בהיפרבולה, איך מחשבים אותה מההטיה, למה הגודל לא משנה אותה, והקשר שלה למוקדים, e = c/a.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם
  1. שלב 1 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    מספר אחד לצורה

    תרגול · חשבו

    השאלה

    הטיית החתך היא 30°30^\circ⁠, וצד החרוט נפתח ב־α=30°\alpha = 30^\circ⁠ מהציר. מהי האקסצנטריות, e=sin⁡θcos⁡αe = \frac{\sin\theta}{\cos\alpha}⁠? ענו, ואז בחרו פועל תחת הצגת כדורי המוקד.

    התשובה הנכונה

    0.5774 ± 0.005

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1.5קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    כבוי
    מתקבלת בטווח
    ± 0.005
    מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
    E = sin(tilt) / cos(half-angle): 0 circle, below 1 ellipse, 1 parabola, above 1 hyperbola/nodes/cone/outputs/eccentricity

    תשובות שגויות שהשאלה מזהה

    • 0.5 ± 0.005

      טעות נפוצה: Takes the eccentricity as sin of the tilt, forgetting to divide by cos of the half-angle.

      משוב מהקטלוג

      e=sin⁡θcos⁡αe = \frac{\sin\theta}{\cos\alpha}⁠: ההטיה של החתך נמדדת מול ההטיה של צד החרוט. עם α=30°\alpha = 30^\circ⁠, cos⁡α≈0.866\cos\alpha \approx 0.866⁠, ולכן ee⁠ מגיע ל־11⁠, פרבולה, כבר ב־θ=60°\theta = 60^\circ⁠, כשהחתך מקביל לצד.

    משוב לתשובה נכונה

    e=0.50.866≈0.577e = \frac{0.5}{0.866} \approx 0.577⁠: אליפסה, כי e<1e < 1⁠.

    פתרון מלא

    1. sin⁡30°=0.5\sin 30^\circ = 0.5⁠ ו־cos⁡30°≈0.866\cos 30^\circ \approx 0.866⁠.
    2. e=0.50.866≈0.577e = \frac{0.5}{0.866} \approx 0.577⁠.

    אם עניתם 0.50.5⁠, שכחתם לחלק ב־cos⁡α\cos\alpha⁠.

  2. שלב 2 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    לקבוע את e

    תרגול · הגיעו למטרה

    השאלה

    שנו את הטיית החתך כך שהאקסצנטריות תהיה 0.50.5⁠, בטווח של 0.010.01⁠, ולחצו על בדיקה.

    המטרה

    • 0.5 ± 0.01

      בתחילת השלב: 0.5774

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °
    מרחק מהקודקוד
    1.5קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע
    נקרא מהסצנה בנקודה
    E = sin(tilt) / cos(half-angle): 0 circle, below 1 ellipse, 1 parabola, above 1 hyperbola/nodes/cone/outputs/eccentricity

    הגדרה אחת שמגיעה למטרה

    הטיית החתך
    26 °

    משוב לתשובה נכונה

    sin⁡θ=0.5⋅cos⁡30°≈0.433\sin\theta = 0.5 \cdot \cos 30^\circ \approx 0.433⁠, ולכן θ≈25.7°\theta \approx 25.7^\circ⁠; הסרגל מגיע ל־26°26^\circ⁠, e≈0.506e \approx 0.506⁠.

    משוב לתשובה שגויה

    עוד לא. מצאו את sin⁡θ\sin\theta⁠ מהנוסחה, ואז את θ\theta⁠.

    פתרון מלא

    1. e=sin⁡θcos⁡α=0.5e = \frac{\sin\theta}{\cos\alpha} = 0.5⁠, ולכן sin⁡θ=0.5⋅0.866=0.433\sin\theta = 0.5 \cdot 0.866 = 0.433⁠.
    2. θ=sin⁡−10.433≈25.7°\theta = \sin^{-1} 0.433 \approx 25.7^\circ⁠.
    3. קבעו את הטיית החתך על 26°26^\circ⁠.
  3. שלב 3 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    גודל

    תרגול · נבאו, ואז הסתכלו

    השאלה

    המרחק מהקודקוד הוא 1.51.5⁠, וההטיה 30°30^\circ⁠. מה יקרה לאקסצנטריות כשהמרחק יוכפל ל־33⁠?

    התשובה הנכונה

    • נכונה היא לא תשתנה

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1.5קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע

    האפשרויות

    • נכונה היא לא תשתנה

    • שגויה היא תוכפל

      טעות נפוצה: Thinks moving the cut along the cone changes the curve’s shape, not just its size.

      משוב מהקטלוג

      חרוט נראה אותו דבר בכל גודל: הזזת החתך הלאה מהקודקוד, באותה הטיה, היא כמו הגדלה של כל התמונה. כל האורכים גדלים באותו יחס, ולכן הצורה והאקסצנטריות לא משתנות. רק ההטיה קובעת את הצורה.

    • שגויה היא תקטן לחצי

      טעות נפוצה: Thinks moving the cut along the cone changes the curve’s shape, not just its size.

      משוב מהקטלוג

      חרוט נראה אותו דבר בכל גודל: הזזת החתך הלאה מהקודקוד, באותה הטיה, היא כמו הגדלה של כל התמונה. כל האורכים גדלים באותו יחס, ולכן הצורה והאקסצנטריות לא משתנות. רק ההטיה קובעת את הצורה.

    אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

    מרחק מהקודקוד
    3קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע

    ואז הסצנה מראה: 0.5774 · E = sin(tilt) / cos(half-angle): 0 circle, below 1 ellipse, 1 parabola, above 1 hyperbola/nodes/cone/outputs/eccentricity

    ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.

    משוב לתשובה נכונה

    היא נשארת 0.5770.577⁠. aa⁠ ו־cc⁠ גדלים שניהם פי 22⁠, והיחס e=cae = \frac{c}{a}⁠ לא משתנה: אקסצנטריות מתארת צורה, לא גודל.

    פתרון מלא

    1. e=sin⁡θcos⁡αe = \frac{\sin\theta}{\cos\alpha}⁠ תלויה רק בהטיה ובזווית הפתיחה.
    2. המרחק לא מופיע בנוסחה.
    3. לכן ee⁠ נשארת 0.5770.577⁠, והאליפסה רק גדלה.
  4. שלב 4 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    המוקדים

    תרגול · חשבו

    השאלה

    באליפסה הזאת חצי הציר הגדול הוא a≈1.30a \approx 1.30⁠, והאקסצנטריות e≈0.577e \approx 0.577⁠. מהו cc⁠, המרחק מהמרכז לכל מוקד?

    התשובה הנכונה

    0.75 ± 0.01

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1.5קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע
    מתקבלת בטווח
    ± 0.01
    מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
    C, from the centre to each focus, where the Dandelin spheres touch the cut; NaN for a parabola or through the tip/nodes/cone/outputs/focalDistance

    תשובות שגויות שהשאלה מזהה

    • 2.25 ± 0.02

      טעות נפוצה: Turns e = c/a upside down, as a/c.

      משוב מהקטלוג

      e=cae = \frac{c}{a}⁠: המרחק מהמרכז למוקד חלקי חצי הציר הגדול. באליפסה המוקדים נמצאים בתוכה, c<ac < a⁠, ולכן e<1e < 1⁠. אם יצא לכם cc⁠ גדול מ־aa⁠, המוקד מחוץ לאליפסה.

    משוב לתשובה נכונה

    c=e⋅a≈0.577⋅1.30=0.75c = e \cdot a \approx 0.577 \cdot 1.30 = 0.75⁠. המוקדים בתוך האליפסה, קרוב לקצוות יותר מאשר למרכז.

    פתרון מלא

    1. e=cae = \frac{c}{a}⁠, ולכן c=e⋅ac = e \cdot a⁠.
    2. c≈0.577⋅1.299≈0.75c \approx 0.577 \cdot 1.299 \approx 0.75⁠.

    אם יצא לכם 2.252.25⁠, חילקתם ae\frac{a}{e}⁠: המוקד היה יוצא מחוץ לאליפסה.

  5. שלב 5 מתוך 5

    לפתוח את השלב

    כש־e שווה 1

    תרגול · בחרו

    השאלה

    לאיזו הטיית החתך האקסצנטריות היא בדיוק 11⁠, בחרוט שנפתח ב־30°30^\circ⁠ מהציר?

    התשובה הנכונה

    • נכונה 60°60^\circ⁠

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    45 °
    מרחק מהקודקוד
    1.5קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועל

    האפשרויות

    מוצגות בסדר אקראי.

    • נכונה 60°60^\circ⁠

    • שגויה 30°30^\circ⁠

      טעות נפוצה: Takes the eccentricity as sin of the tilt, forgetting to divide by cos of the half-angle.

      משוב מהקטלוג

      e=sin⁡θcos⁡αe = \frac{\sin\theta}{\cos\alpha}⁠: ההטיה של החתך נמדדת מול ההטיה של צד החרוט. עם α=30°\alpha = 30^\circ⁠, cos⁡α≈0.866\cos\alpha \approx 0.866⁠, ולכן ee⁠ מגיע ל־11⁠, פרבולה, כבר ב־θ=60°\theta = 60^\circ⁠, כשהחתך מקביל לצד.

    • שגויה 45°45^\circ⁠

      משוב

      e=sin⁡45°cos⁡30°≈0.82e = \frac{\sin 45^\circ}{\cos 30^\circ} \approx 0.82⁠: עדיין אליפסה.

    • שגויה 90°90^\circ⁠, חתך אנכי

      משוב

      חתך אנכי תלול מהצד: e=10.866≈1.15e = \frac{1}{0.866} \approx 1.15⁠, היפרבולה.

    משוב לתשובה נכונה

    60°60^\circ⁠: sin⁡60°=cos⁡30°\sin 60^\circ = \cos 30^\circ⁠, ולכן e=1e = 1⁠, פרבולה. זו בדיוק ההטיה של צד החרוט.

    פתרון מלא

    1. e=1e = 1⁠ כש־sin⁡θ=cos⁡α=cos⁡30°\sin\theta = \cos\alpha = \cos 30^\circ⁠.
    2. cos⁡30°=sin⁡60°\cos 30^\circ = \sin 60^\circ⁠, ולכן θ=60°\theta = 60^\circ⁠.
    3. 60°=90°−α60^\circ = 90^\circ - \alpha⁠: החתך מקביל לצד החרוט.

שיעור 3 מתוך 3 · כ־25 דקות

מוקדים וכדורי דנדלן

למה לאליפסה יש שני מוקדים שסכום המרחקים מהם קבוע: כדורי דנדלן, האליפסה של הגנן עם חוט, הקשר בין a, b ו־c, הפרבולה עם מוקד אחד וישר מדריך, וההיפרבולה עם הפרש קבוע.

לפתוח את השיעור

6 השלבים והתשובות שלהם
  1. שלב 1 מתוך 6

    לפתוח את השלב

    האליפסה של הגנן

    תרגול · חשבו

    השאלה

    האליפסה ארוכה 3.123.12⁠ יחידות מקודקוד לקודקוד, כלומר 2a≈3.122a \approx 3.12⁠. PP⁠ היא נקודה כלשהי על האליפסה. כמה זה PF1+PF2PF_1 + PF_2⁠, סכום המרחקים מ־PP⁠ לשני המוקדים?

    התשובה הנכונה

    3.118 ± 0.02

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1.8קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע
    מתקבלת בטווח
    ± 0.02
    מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
    A, half the distance between the vertices (a circle's radius); NaN for a parabola or through the tip/nodes/cone/outputs/semiMajor

    תשובות שגויות שהשאלה מזהה

    • 1.56 ± 0.02

      טעות נפוצה: Takes the sum of the distances to the two foci as a, half the major axis.

      משוב מהקטלוג

      בקודקוד של האליפסה, PP⁠ רחוק a−ca - c⁠ ממוקד אחד ו־a+ca + c⁠ מהשני, ויחד הם 2a2a⁠: כל הציר הגדול, מקודקוד לקודקוד. הסכום הזה קבוע בכל נקודה של האליפסה.

    משוב לתשובה נכונה

    PF1+PF2=2a≈3.12PF_1 + PF_2 = 2a \approx 3.12⁠, בכל נקודה של האליפסה. אפשר לצייר אליפסה בחוט באורך 2a2a⁠ ששני קצותיו קשורים למוקדים.

    פתרון מלא

    1. כדורי המוקד נוגעים בחרוט לאורך שני מעגלים, ובחתך במוקדים.
    2. מ־PP⁠, שני משיקים לאותו כדור שווים באורכם: PF1PF_1⁠ שווה למרחק מ־PP⁠ לאורך צד החרוט עד המעגל של הכדור הראשון, ו־PF2PF_2⁠ עד המעגל של השני.
    3. לכן PF1+PF2PF_1 + PF_2⁠ הוא המרחק לאורך צד החרוט בין שני המעגלים, והוא זהה בכל PP⁠.
    4. בקודקוד הסכום הוא (a−c)+(a+c)=2a≈3.12(a - c) + (a + c) = 2a \approx 3.12⁠.

    אם עניתם 1.561.56⁠, זה רק aa⁠.

  2. שלב 2 מתוך 6

    לפתוח את השלב

    a, b ו־c

    תרגול · חשבו

    השאלה

    באותה אליפסה a≈1.559a \approx 1.559⁠ ו־c=0.9c = 0.9⁠. מהו bb⁠, חצי הציר הקטן?

    התשובה הנכונה

    1.273 ± 0.01

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1.8קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע
    מתקבלת בטווח
    ± 0.01
    מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
    B, with a² = b² + c² (ellipse) or c² = a² + b² (hyperbola); NaN for a parabola or through the tip/nodes/cone/outputs/semiMinor

    תשובות שגויות שהשאלה מזהה

    • 1.8 ± 0.01

      טעות נפוצה: Uses b² = a² + c² for an ellipse, which is the hyperbola’s rule.

      משוב מהקטלוג

      באליפסה a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2⁠: מהקצה של הציר הקטן, המרחק לכל מוקד הוא aa⁠, והוא היתר של משולש עם ניצבים bb⁠ ו־cc⁠. לכן b=a2−c2b = \sqrt{a^2 - c^2}⁠, קטן מ־aa⁠. בהיפרבולה זה הפוך: c2=a2+b2c^2 = a^2 + b^2⁠.

    משוב לתשובה נכונה

    b=a2−c2=2.43−0.81≈1.27b = \sqrt{a^2 - c^2} = \sqrt{2.43 - 0.81} \approx 1.27⁠.

    פתרון מלא

    1. מהקצה של הציר הקטן, PF1=PF2PF_1 = PF_2⁠, והסכום שלהם 2a2a⁠: כל אחד מהם aa⁠.
    2. aa⁠ הוא היתר של משולש עם ניצבים bb⁠ ו־cc⁠: a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2⁠.
    3. b=1.5592−0.92=2.430−0.810=1.620≈1.27b = \sqrt{1.559^2 - 0.9^2} = \sqrt{2.430 - 0.810} = \sqrt{1.620} \approx 1.27⁠.

    אם יצא לכם 1.81.8⁠, חיברתם את הריבועים: זה הכלל של ההיפרבולה.

  3. שלב 3 מתוך 6

    לפתוח את השלב

    מוקד אחד

    תרגול · נבאו, ואז הסתכלו

    השאלה

    ההטיה היא 50°50^\circ⁠, ושני כדורי המוקד מוצגים. מה יקרה לכדור הגדול כשההטיה תגיע ל־60°60^\circ⁠, והחתך יהיה פרבולה?

    התשובה הנכונה

    • נכונה הוא יגדל ויתרחק בלי סוף: לפרבולה יש מוקד אחד

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    50 °
    מרחק מהקודקוד
    1.8קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע

    האפשרויות

    • נכונה הוא יגדל ויתרחק בלי סוף: לפרבולה יש מוקד אחד

    • שגויה הוא יקטן עד שייעלם

      משוב

      הכדור הגדול יושב מעבר לחתך, במקום שהחרוט רחב. ככל שהחתך מקביל יותר לצד, הוא נדחק רחוק יותר במעלה החרוט, וגדל.

    • שגויה הוא יתמזג עם הכדור הקטן

      משוב

      שני הכדורים מתמזגים רק בחתך מאוזן, כשהאליפסה היא מעגל ושני המוקדים במרכז.

    אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

    הטיית החתך
    60 °

    ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.

    משוב לתשובה נכונה

    הכדור השני נדחק לאינסוף, ועמו המוקד השני: לפרבולה יש מוקד אחד וישר מדריך אחד. אפשר לחשוב עליה כאליפסה שהמוקד השני שלה רחוק בלי סוף.

    פתרון מלא

    1. מרכז הכדור הגדול על הציר, במרחק dcos⁡θ−sin⁡α\frac{d}{\cos\theta - \sin\alpha}⁠ מהקודקוד.
    2. כש־θ\theta⁠ מתקרבת ל־60°60^\circ⁠, cos⁡θ\cos\theta⁠ מתקרב ל־sin⁡30°=0.5\sin 30^\circ = 0.5⁠, והמכנה לאפס.
    3. לכן המרחק, והכדור, גדלים בלי גבול, ונשאר רק הכדור הקטן, עם המוקד היחיד של הפרבולה.
  4. שלב 4 מתוך 6

    לפתוח את השלב

    הישר המדריך

    תרגול · בחרו

    השאלה

    הנקודה שרצה על הפרבולה מראה את המרחק שלה מהמוקד, PFPF⁠, ומהישר המדריך, PDPD⁠. האקסצנטריות היא e=PFPD=1e = \frac{PF}{PD} = 1⁠. מה נכון בכל נקודה של הפרבולה?

    התשובה הנכונה

    • נכונה PF=PDPF = PD⁠

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    60 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1.8קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע

    האפשרויות

    מוצגות בסדר אקראי.

    • נכונה PF=PDPF = PD⁠

    • שגויה PF+PDPF + PD⁠ קבוע

      משוב

      סכום קבוע של מרחקים שייך לאליפסה, ושם שני המרחקים הם לשני מוקדים. בפרבולה המרחק למוקד והמרחק לישר המדריך גדלים יחד, ולכן הסכום שלהם לא קבוע.

    • שגויה PF=2⋅PDPF = 2 \cdot PD⁠

      משוב

      PF=2⋅PDPF = 2 \cdot PD⁠ פירושו e=2e = 2⁠: היפרבולה, לא פרבולה.

    משוב לתשובה נכונה

    PF=PDPF = PD⁠: כל נקודה על הפרבולה רחוקה מהמוקד בדיוק כמו מהישר המדריך. זו ההגדרה של פרבולה במישור, והיא נותנת את הפונקציה הריבועית: מוקד ב־(0,p)(0, p)⁠ וישר מדריך y=−py = -p⁠ נותנים y=x24py = \frac{x^2}{4p}⁠.

    פתרון מלא

    1. בכל חתך חרוט PFPD=e\frac{PF}{PD} = e⁠.
    2. בפרבולה e=1e = 1⁠, ולכן PF=PDPF = PD⁠.
    3. במישור: PF2=x2+(y−p)2PF^2 = x^2 + (y - p)^2⁠ ו־PD2=(y+p)2PD^2 = (y + p)^2⁠. משוויון נקבל x2=4pyx^2 = 4py⁠.
  5. שלב 5 מתוך 6

    לפתוח את השלב

    היפרבולה

    תרגול · בחרו

    השאלה

    ההטיה היא 80°80^\circ⁠: היפרבולה, עם מוקד בתוך כל ענף. PP⁠ על אחד הענפים. מה קבוע לאורך ההיפרבולה?

    התשובה הנכונה

    • נכונה ההפרש ∣PF1−PF2∣|PF_1 - PF_2|⁠

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    80 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1.8
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע

    האפשרויות

    מוצגות בסדר אקראי.

    • נכונה ההפרש ∣PF1−PF2∣|PF_1 - PF_2|⁠

    • שגויה הסכום PF1+PF2PF_1 + PF_2⁠

      טעות נפוצה: Expects the distances to a hyperbola’s foci to have a fixed sum, as an ellipse’s do, rather than a fixed difference.

      משוב מהקטלוג

      בהיפרבולה כל ענף רחוק יותר ממוקד אחד מאשר מהשני, ובכל נקודה ההפרש בין המרחקים הוא 2a2a⁠. הסכום גדל בלי גבול ככל שמתרחקים לאורך הענף.

    • שגויה המכפלה PF1⋅PF2PF_1 \cdot PF_2⁠

      משוב

      ככל ש־PP⁠ מתרחק על הענף, שני המרחקים גדלים, וגם המכפלה שלהם.

    משוב לתשובה נכונה

    ההפרש קבוע, 2a2a⁠. הכדורים נמצאים עכשיו משני צדי הקודקוד, אחד בכל חצי של החרוט, ולכן המשיקים מ־PP⁠ אליהם הולכים בכיוונים הפוכים לאורך צד החרוט, וההפרש שלהם הוא שקבוע.

    פתרון מלא

    1. בהיפרבולה הכדורים בשני חצאי החרוט, משני צדי הקודקוד.
    2. PF1PF_1⁠ ו־PF2PF_2⁠ שווים למרחקים מ־PP⁠ לאורך צד החרוט עד שני המעגלים.
    3. שני המעגלים נמצאים באותו כיוון מ־PP⁠ לאורך הקו הזה, ולכן ההפרש בין המרחקים הוא המרחק הקבוע בין המעגלים: ∣PF1−PF2∣=2a|PF_1 - PF_2| = 2a⁠.
    4. בקודקוד: (c+a)−(c−a)=2a(c + a) - (c - a) = 2a⁠.
  6. שלב 6 מתוך 6

    לפתוח את השלב

    קודקוד ומוקד

    תרגול · חשבו

    השאלה

    באליפסה a≈1.559a \approx 1.559⁠, והמרחק מהמרכז לכל מוקד הוא c=0.9c = 0.9⁠. מה המרחק מקודקוד אל המוקד הקרוב אליו?

    התשובה הנכונה

    0.6588 ± 0.01

    הגדרות, אפשרויות ומשוב

    הסצנה בשלב הזה

    הטיית החתך
    30 °קבוע
    מרחק מהקודקוד
    1.8קבוע
    הצגת כדורי המוקד
    פועלקבוע
    מתקבלת בטווח
    ± 0.01
    מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
    From a vertex to the focus beside it: a − c, the parabola's focal length, or c − a; NaN through the tip/nodes/cone/outputs/vertexToFocus

    תשובות שגויות שהשאלה מזהה

    משוב לתשובה נכונה

    a−c≈0.659a - c \approx 0.659⁠. אל המוקד השני a+ca + c⁠, ויחד 2a2a⁠.

    רמז

    הקודקוד נמצא aa⁠ מהמרכז, והמוקד cc⁠ מהמרכז, באותו כיוון.

    פתרון מלא

    1. הקודקוד והמוקד הקרוב באותו צד של המרכז.
    2. המרחק ביניהם: a−c=1.559−0.9≈0.659a - c = 1.559 - 0.9 \approx 0.659⁠.
    3. אל המוקד הרחוק: a+c≈2.459a + c \approx 2.459⁠, ויחד 2a2a⁠, כמו לכל נקודה על האליפסה.

    במסלול של כוכב לכת, a−ca - c⁠ הוא המרחק הקטן ביותר מהשמש, ו־a+ca + c⁠ הגדול ביותר.

בכל היחידה · 9 טעויות נפוצות

קטלוג הטעויות הנפוצות

כל טעות נפוצה שהיחידה מזהה, בכמה מילים. פתחו טעות כדי לראות מה הלומדים קוראים כשהתשובה מתאימה לה, ואיפה היא נשאלת.

  • Expects a cut parallel to the cone’s side to close into an ellipse.

    הלומדים קוראים

    אליפסה נסגרת כי החתך חוצה את כל הקווים של החרוט באותו חצי. כשהחתך מקביל לאחד הקווים, הקו הזה לעולם לא פוגש אותו, והעקומה נפתחת לאינסוף: פרבולה. היא נמשכת עד שפת החרוט ומעבר לה.

  • Uses sin or cos of the half-angle for the radius of a level cut, instead of tan.

    הלומדים קוראים

    בחתך מאוזן, בגובה dd⁠ מעל הקודקוד, הרדיוס rr⁠ והגובה dd⁠ הם שני הניצבים של משולש ישר זווית, והזווית שליד הקודקוד היא חצי זווית הפתיחה, α\alpha⁠. הניצב שמול חלקי הניצב שליד הוא טנגנס: r=dtan⁡αr = d\tan\alpha⁠.

    מזוהה בשאלות
  • Thinks moving the cut along the cone changes the curve’s shape, not just its size.

    הלומדים קוראים

    חרוט נראה אותו דבר בכל גודל: הזזת החתך הלאה מהקודקוד, באותה הטיה, היא כמו הגדלה של כל התמונה. כל האורכים גדלים באותו יחס, ולכן הצורה והאקסצנטריות לא משתנות. רק ההטיה קובעת את הצורה.

  • Takes the eccentricity as sin of the tilt, forgetting to divide by cos of the half-angle.

    הלומדים קוראים

    e=sin⁡θcos⁡αe = \frac{\sin\theta}{\cos\alpha}⁠: ההטיה של החתך נמדדת מול ההטיה של צד החרוט. עם α=30°\alpha = 30^\circ⁠, cos⁡α≈0.866\cos\alpha \approx 0.866⁠, ולכן ee⁠ מגיע ל־11⁠, פרבולה, כבר ב־θ=60°\theta = 60^\circ⁠, כשהחתך מקביל לצד.

  • Turns e = c/a upside down, as a/c.

    הלומדים קוראים

    e=cae = \frac{c}{a}⁠: המרחק מהמרכז למוקד חלקי חצי הציר הגדול. באליפסה המוקדים נמצאים בתוכה, c<ac < a⁠, ולכן e<1e < 1⁠. אם יצא לכם cc⁠ גדול מ־aa⁠, המוקד מחוץ לאליפסה.

  • Takes the sum of the distances to the two foci as a, half the major axis.

    הלומדים קוראים

    בקודקוד של האליפסה, PP⁠ רחוק a−ca - c⁠ ממוקד אחד ו־a+ca + c⁠ מהשני, ויחד הם 2a2a⁠: כל הציר הגדול, מקודקוד לקודקוד. הסכום הזה קבוע בכל נקודה של האליפסה.

  • Uses b² = a² + c² for an ellipse, which is the hyperbola’s rule.

    הלומדים קוראים

    באליפסה a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2⁠: מהקצה של הציר הקטן, המרחק לכל מוקד הוא aa⁠, והוא היתר של משולש עם ניצבים bb⁠ ו־cc⁠. לכן b=a2−c2b = \sqrt{a^2 - c^2}⁠, קטן מ־aa⁠. בהיפרבולה זה הפוך: c2=a2+b2c^2 = a^2 + b^2⁠.

  • Expects the distances to a hyperbola’s foci to have a fixed sum, as an ellipse’s do, rather than a fixed difference.

    הלומדים קוראים

    בהיפרבולה כל ענף רחוק יותר ממוקד אחד מאשר מהשני, ובכל נקודה ההפרש בין המרחקים הוא 2a2a⁠. הסכום גדל בלי גבול ככל שמתרחקים לאורך הענף.

  • Adds the centre-to-focus distance to a instead of subtracting it, giving the far focus.

    הלומדים קוראים

    קודקוד ומוקד שבאותו צד של המרכז קרובים זה לזה: המרחק ביניהם a−ca - c⁠. המרחק a+ca + c⁠ הוא אל המוקד שבצד השני של המרכז.

תוכן העניינים