La Ecuación General de Segundo Grado y las Secciones Cónicas

La forma más completa de escribir la ecuación de segundo grado es la siguiente:

Ax^2+Bxy+Cy^2+Dx+Ey+F=0 \\
A, B, C, D, E, F \in \mathbb{R} \\
\Delta = B^2-4AC \leftarrow \text{ discriminante }
Valor del DiscriminanteTipo de CónicaCaracterística Visual
B24AC<0B^2 – 4AC < 0ElipseUna forma ovalada cerrada. (Si A=CA=C y B=0B=0, es un círculo).
B24AC=0B^2 – 4AC = 0ParábolaUna curva abierta que se aleja infinitamente en una dirección.
B24AC>0B^2 – 4AC > 0HipérbolaDos curvas simétricas que se alejan una de la otra.

Si B=0B=0 los ejes de la curva están alineados con los ejes xx y yy, de lo contrario la curva está rotada en el plano

Si D=0D=0 o E=0E=0 la curva está desplazada del origen

Casos Degenerados (o especiales)

  • Un punto: Por ejemplo, x2+y2=0x^2+y^2=0 (solo el origen).
  • Dos líneas que se cruzan: Como x2y2=0x^2-y^2=0.
  • Ninguna figura: Como x2+y2=1x^2+y^2=-1 (no existen números reales que cumplan esto).

Desplazamientos del origen

Cuando el centro de una cónica se desplaza del origen (0,0) a un punto (h,k)(h, k), la ecuación sufre una transformación llamada traslación. En términos algebraicos, esto significa que cada xx se reemplaza por (xh)(x – h) y cada yy se reemplaza por (yk)(y-k).

Si tomamos como ejemplo una elipse “derechita” (sin rotación, B=0B=0):

  • En el origen: x2a2+y2b2=1\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1
  • Fuera del origen: (xh)2a2+(yk)2b2=1\frac{(x-h)^2}{a^2} + \frac{(y-k)^2}{b^2} = 1

Fórmulas rápidas para hallar el centro (h,k)(h, k)

Si la cónica no esta rotada:

h = -\frac{D}{2A} \\ k = -\frac{E}{2C}

Si la cónica presenta rotación, es necesario resolver el sistema:

2Ah + Bk + D = 0 \\
Bh + 2Ck + E = 0

El círculo

x^2+y^2+Dx+Ey+F=0 \\
(x−h)^2+(y−k)^2=r^2

Para que sea un círculo, la ecuación general debe cumplir dos condiciones:

  1. A y C deben ser iguales: (Los coeficientes de x2 e y2y^2 son los mismos).
  2. No hay término xyxy: (B=0B=0, no hay rotación).

Si tienes la forma general y quieres graficar, lo mejor es “regresar” a la forma estándar:

  1. Agrupa las xx con las xx y las yy con las yy
  2. Pasa el número solo (FF) al otro lado.
  3. Completa el cuadrado: Suma (D2)2\left(\frac{D}{2} \right) ^2 y (E2)2\left(\frac{E}{2} \right) ^2 en ambos lados de la ecuación.

La elipse

La elipse es básicamente un círculo que ha sido “estirado”. Mientras que en el círculo todos los puntos están a la misma distancia del centro, en la elipse esa distancia varía

Ax^2+Cy^2+Dx+Ey+F=0

Elipse horizontal

\frac{(x-h)^2}{a^2}+\frac{(x-h)^2}{b^2}=1

Elipse vertical

\frac{(x-h)^2}{b^2}+\frac{(x-h)^2}{a^2}=1
  • aa (Semieje mayor): Es la distancia del centro al punto más lejano. Siempre es el número más grande.
  • bb (Semieje menor): Es la distancia del centro al punto más cercano.
  • ACA \neq C, pero ambos positivos o negativos
  • c2=a2b2c^2=a^2-b^2, distancia focal, los focos siempre están sobre el eje mayor

La parábola

En la parábola solo una de las variables está elevada al cuadrado. Esto hace que la curva sea abierta y se extienda hacia el infinito.

Parábola horizontal

Cy^2+Dx+Ey+F=0 \\
(y−k)^2=4p(x−h)

Parábola vertical

Ax^2+Dx+Ey+F=0 \\
(x−h)^2=4p(y−k)

La hipérbola

Visualmente, parece una parábola duplicada y enfrentada, pero su geometría es mucho más rígida debido a sus asíntotas.

La hipérbola horizontal

Ax^2-Cy^2+Dx+Ey+F=0 \\
\frac{(x-h)^2}{a^2} - \frac{(y-k)^2}{b^2} = 1 \\
y-k = \pm \frac{b}{a}(x-h) \leftarrow \text{ Asíntotas}

La hipérbola vertical

-Ax^2+Cy^2+Dx+Ey+F=0 \\
\frac{(y-k)^2}{a^2} - \frac{(x-h)^2}{b^2} = 1 \\
y-k = \pm \frac{b}{a}(x-h) \leftarrow \text{ Asíntotas}
  • AC<0A \cdot C < 0, los términos siempre tienen signos opuestos
  • a2a^2 siempre es el denominador del término positivo, no necesariamente el número más grande.
  • c2=a2+b2c^2 = a^2+b^2

¡Cuidado! A veces la ecuación en su forma general puede parecer “engañosa” si está multiplicada por −1. Siempre asegúrate de que el número que queda solo al otro lado (1 en la forma estándar) sea positivo antes de decidir cuál es aa y cuál es bb. La clave está en el proceso de llevarla a la forma estándar.

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