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Álgebra A (62) · Unidad 9 — Cónicas

La parábola

Todos los puntos que están a igual distancia de un punto fijo y de una recta fija. De esa condición sale la ecuación, no al revés.

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La explicación

La definición por distancias

Parábola = { P : d(P, F) = d(P, L) }

F es el foco (un punto) y L la directriz (una recta que no pasa por F). Todas las cónicas se definen así, comparando distancias; lo que cambia es la comparación.

Ecuación canónica

x² = 4cy            con foco F = (0, c) y directriz y = −c

Abre hacia arriba si c > 0 y hacia abajo si c < 0. El vértice es (0, 0), y es el punto medio entre el foco y su proyección sobre la directriz.

y² = 4cx            la misma con los ejes cambiados:
                         abre a la derecha (c > 0) o a la izquierda
Cuál de los dos es, se ve mirando qué variable está elevada al cuadrado.
• Si el cuadrado es la x, la parábola abre verticalmente (arriba o abajo).
• Si el cuadrado es la y, abre horizontalmente.

Suena al revés de lo que uno esperaría, y por eso se equivoca tanta gente. La forma de recordarlo: y = x² es la parábola de toda la vida y abre hacia arriba; ahí la que está al cuadrado es la x.

Cómo se sacan foco y directriz

x² = 8y  →  4c = 8  →  c = 2
foco F = (0, 2)    directriz y = −2

El foco siempre queda del lado hacia donde abre, y la directriz del lado opuesto, a la misma distancia del vértice. Es un control geométrico instantáneo.

Parábola con vértice desplazado

(x − h)² = 4c(y − k)      vértice en (h, k)

Todo se traslada: foco en (h, k + c) y directriz y = k − c. Ojo con los signos: (x − 3)² tiene el vértice en x = 3, no en −3.

Cuando viene desarrollada

Si la ecuación aparece como x² − 6x − 4y + 13 = 0, hay que completar el cuadrado:

x² − 6x = (x − 3)² − 9

(x − 3)² − 9 − 4y + 13 = 0
(x − 3)² = 4y − 4
(x − 3)² = 4(y − 1)

Vértice (3, 1), 4c = 4 así que c = 1, foco (3, 2), directriz y = 0.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Hallar vértice, foco y directriz de la parábola y² + 4y − 8x + 12 = 0, y decir hacia dónde abre.

Paso 1: identificar cuál variable está al cuadrado. Es la y, así que la parábola abre horizontalmente (a izquierda o a derecha). Eso ya lo sabemos antes de hacer ninguna cuenta.

Paso 2: completar el cuadrado en y.

y² + 4y = (y + 2)² − 4

El truco es siempre el mismo: se toma la mitad del coeficiente de y (que es 2), se escribe (y + 2)², y se resta el cuadrado de eso (que es 4) para compensar.

(y + 2)² − 4 − 8x + 12 = 0
(y + 2)² = 8x − 8
(y + 2)² = 8(x − 1)

Paso 3: leer los datos. Comparando con (y − k)² = 4c(x − h):

h = 1,  k = −2  →  vértice V = (1, −2)
4c = 8  →  c = 2
Cuidado con los dos signos. El vértice sale de (y + 2)², y el + significa k = −2. Y 4c = 8 da c = 2, no 8. Son dos lugares distintos donde se pierde el punto, y los dos son puramente mecánicos.

Paso 4: foco y directriz. Como abre horizontalmente y c = 2 > 0, abre hacia la derecha. El foco está c unidades a la derecha del vértice, y la directriz c unidades a la izquierda:

foco F = (1 + 2, −2) = (3, −2)
directriz: x = 1 − 2 = −1

Control con un punto. Con uno solo alcanza, y sirve cualquier punto de la parábola que no sea el vértice. Tomemos el de y = 2:

(2 + 2)² = 8(x − 1)  →  16 = 8x − 8  →  x = 3
P = (3, 2)

d(P, F) = d((3,2),(3,−2)) = 4
d(P, directriz) = |3 − (−1)| = 4  ✔

Las dos distancias coinciden, que es exactamente la definición de parábola. Este control verifica foco y directriz al mismo tiempo y es el más confiable.

Y uno del nivel del parcial

Hallar la ecuación de la parábola de vértice V = (2, −1) y eje vertical que pasa por el punto (4, 3). Dar su foco y su directriz.

«Eje vertical» decide la forma de la ecuación. Con eje vertical la parábola abre hacia arriba o hacia abajo, y el cuadrado va sobre la x:

(x − xv)² = 4p·(y − yv)

Si el eje fuera horizontal, el cuadrado iría sobre la y. Confundir eso es empezar mal el ejercicio entero.

Con el vértice dado:

(x − 2)² = 4p·(y + 1)

El punto (4, 3) determina p:

(4 − 2)² = 4p·(3 + 1)
4 = 16p → p = 1/4
(x − 2)² = 4·(1/4)·(y + 1) → (x − 2)² = y + 1

En forma explícita, que a veces es la que se pide:

y = (x − 2)² − 1

Se lee directo que abre hacia arriba, porque p es positivo (y el coeficiente de x² también).

El foco. Está sobre el eje, a distancia p del vértice, del lado hacia donde abre:

F = (xv ; yv + p) = (2 ; −1 + 1/4) = (2 ; −3/4)

La directriz. Es la recta perpendicular al eje, a distancia p del vértice pero del lado opuesto:

y = yv − p = −1 − 1/4 = y = −5/4

El vértice queda justo en el medio entre el foco y la directriz, siempre. Control: el punto medio entre y = −3/4 e y = −5/4 es −1 = yv ✓.

La verificación que define a la parábola. Todo punto de la curva está a la misma distancia del foco que de la directriz. Se prueba con el punto (4, 3):

distancia al foco: √((4−2)² + (3 + 3/4)²) = √(4 + (15/4)²)
= √(4 + 225/16) = √(289/16) = 17/4
distancia a la directriz: |3 − (−5/4)| = 3 + 5/4 = 17/4 ✓

Las dos dan 17/4. Ese control es el mejor que hay para una parábola, porque usa la definición y no la fórmula: si la ecuación estuviera mal, no coincidirían.

Un control rápido extra: el vértice (2,−1) tiene que cumplir la ecuación. (2−2)² = 0 y (−1 + 1) = 0 ✓.

Cómo saber si p es grande o chico. Un p chico (acá 1/4) significa una parábola cerrada, angosta: el foco está muy cerca del vértice. Cuanto mayor es p, más abierta. Con p = 1/4 el coeficiente de x² es 1, que es la parábola «normal» y = x², corrida.

Dónde se pierde el punto: escribir (y + 1)² = 4p(x − 2), que es la de eje horizontal. El enunciado dice eje vertical: la variable que va al cuadrado es la otra, la que se mueve perpendicular al eje.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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