viernes, 24 de julio de 2020

Problema: recta tangente y elipse.

Determine el valor de -p- de modo que la recta y = x +p  sea tangente a la elipse x²+2y² = 6.


Inicialmente tenemos dos funciones:

  • y = x + p ; ecuación de la recta
  • x²+2y² = 6 ; ecuación de la elipse

Para resolver este problema vamos aplicar dos condiciones: 

  1. Igualar la derivada de cada función, ya que la derivada representa la tangencia.
  2. Igualar las funciones, esto porque ambas tienen un punto en común.

Procedemos a calcular las derivadas:

y = x + p;
y' = 1

Para el elipse, por comodidad, despejamos la variable -y- y luego derivamos:

x²+2y² = 6
x²+2y² = 6
2y² = 6 -x²
y² = 3 - x²/2
y = √(3 - x²/2)

Derivamos:

y = (3-x²/2)¹/²
y' = (1/2)·(3-x²/2)⁻¹/²·(-x)
y' = (-x/2)/√(3 - x²/2)


Procedemos a igualar las pendientes:

  • (-x/2)/√(3 - x²/2) = 1  .......... ecuación 1


Como las funciones son tangentes aplicamos la segunda condición:

  • √(3 - x²/2) = x + p ............. ecuación 2


Lo que haremos será resolver este sistema, para ello despejaremos a -x- de la ecuación 1:


(-x/2)/√(3 - x²/2) = 1
-x/2 = √(3 - x²/2)
x²/4 = 3 - x²/2
x²/2 + x²/4 = 3
3x²/4 = 3
x = √4
x = ±2 , tenemos dos soluciones


Veamos que tenemos dos soluciones, para saber cuál condición en verdad nos da la recta tangente debemos sustituir las soluciones en la derivada de la elipse y ver si cumplen la igualdad:


(-x/2)/√(3 - x²/2) = 1
(-2/2)/√(3 - (2)²/2) = 1
-1/1 = 1
-1 ≠ 1 ; por tanto x = +2 no cumple la igualdad

(-(-2)/2)/√(3 - x²/2) = 1
(2/2)/√(3 - (-2)²/2) = 1
1/1 = 1
1 ≠ 1 ; por tanto x = -2 si cumple la igualdad

Finalmente, procedemos a buscar el valor de -p- con el valor que cumple la igualdad:

p = √(3 - x²/2) - x
p = √(3 - (-2)²/2) - (-2)
p = 3 ; siendo este el valor necesario para que exista tangencia


Se debe cumplir que p = ±3 para que y = x + p sea tangente a la elipse x²+2y² = 6. 

Las rectas tangentes serían:

  • y = x + 3 
  • y = x - 3



Créditos:

  • Este problema fue sacado de la página de Facebook: Brainlat.

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