3 đường conic: Elip, Hyperbol, Parabol – Lý thuyết và công thức

3 đường conic gồm Elip, Hyperbol và Parabol là những đường cong quan trọng nhất trong chương trình Hình học lớp 10. Bài viết này sẽ tổng hợp đầy đủ lý thuyết 3 đường conic, công thức 3 đường conic, sơ đồ tư duy ba đường conic cùng các bài tập minh họa chi tiết.

1. Đường conic là gì?

Trước khi tìm hiểu lý thuyết ba đường conic, ta cần biết nguồn gốc của các đường này.

1.1. Định nghĩa đường conic

Đường conic (hay đường cônic) là các đường cong được tạo thành khi cắt một mặt nón bằng một mặt phẳng. Tùy thuộc vào vị trí của mặt phẳng cắt, ta có các loại đường conic khác nhau.

1.2. Phân loại 3 đường conic

1.3. Định nghĩa thống nhất qua tâm sai

Cả 3 đường conic có thể định nghĩa thống nhất: Là tập hợp các điểm M sao cho tỉ số khoảng cách từ M đến tiêu điểm F và khoảng cách từ M đến đường chuẩn Δ là hằng số e (tâm sai):

\(\frac{MF}{d(M, \Delta)} = e\)

• e < 1: Elip
• e = 1: Parabol
• e > 1: Hyperbol

2. Elip

Elip là đường conic đầu tiên trong ba đường conic cần nắm vững.

2.1. Định nghĩa Elip

Elip là tập hợp các điểm M trong mặt phẳng sao cho tổng khoảng cách từ M đến hai điểm cố định F₁ và F₂ (tiêu điểm) là một hằng số (bằng 2a).

\(MF_1 + MF_2 = 2a\)

2.2. Phương trình chính tắc của Elip

\(\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1\) (với a > b > 0)

2.3. Các yếu tố của Elip

2.4. Đồ thị Elip

Đồ thị elip có các đặc điểm:

• Hình oval (bầu dục) khép kín
• Đối xứng qua gốc tọa độ O
• Đối xứng qua trục Ox và trục Oy
• Nằm trong hình chữ nhật có các đỉnh (±a; ±b)

3. Hyperbol

Hyperbol là đường conic thứ hai trong elip hyperbol parabol.

3.1. Định nghĩa Hyperbol

Hyperbol là tập hợp các điểm M trong mặt phẳng sao cho giá trị tuyệt đối của hiệu khoảng cách từ M đến hai tiêu điểm F₁ và F₂ là một hằng số (bằng 2a).

\(|MF_1 – MF_2| = 2a\)

3.2. Phương trình chính tắc của Hyperbol

\(\frac{x^2}{a^2} – \frac{y^2}{b^2} = 1\) (với a > 0, b > 0)

3.3. Các yếu tố của Hyperbol

3.4. Đường tiệm cận của Hyperbol

Hyperbol có hai đường tiệm cận là:

\(y = \frac{b}{a}x\) và \(y = -\frac{b}{a}x\)

Hai đường tiệm cận này đi qua gốc tọa độ và tạo thành hình chữ X.

3.5. Đồ thị Hyperbol

Đồ thị Hyperbol có các đặc điểm:

• Gồm hai nhánh đối xứng
• Đối xứng qua gốc O, trục Ox, trục Oy
• Tiến dần đến đường tiệm cận nhưng không cắt
• Mỗi nhánh nằm trong một góc tạo bởi hai đường tiệm cận

4. Parabol

Parabol là đường conic cuối cùng trong 3 đường conic.

4.1. Định nghĩa Parabol

Parabol là tập hợp các điểm M trong mặt phẳng cách đều một điểm cố định F (tiêu điểm) và một đường thẳng cố định Δ (đường chuẩn).

\(MF = d(M, \Delta)\)

4.2. Phương trình chính tắc của Parabol

\(y^2 = 2px\) (với p > 0)

4.3. Các yếu tố của Parabol

4.4. Đồ thị Parabol

Đồ thị Parabol có các đặc điểm:

• Một nhánh mở, hướng về phía dương trục Ox
• Đối xứng qua trục Ox
• Đi qua gốc tọa độ O (đỉnh parabol)
• Càng xa đỉnh, parabol càng mở rộng

5. Bảng tổng hợp công thức 3 đường conic

Dưới đây là bảng công thức ba đường conic đầy đủ nhất:

6. Sơ đồ tư duy 3 đường conic

Dưới đây là sơ đồ tư duy ba đường conic giúp ghi nhớ nhanh:

6.1. Sơ đồ phân loại

                        3 ĐƯỜNG CONIC
                             │
        ┌────────────────────┼────────────────────┐
        │                    │                    │
     ELIP               HYPERBOL              PARABOL
        │                    │                    │
   Tổng = 2a          |Hiệu| = 2a           MF = d(M,Δ)
        │                    │                    │
    e < 1 e > 1                e = 1
        │                    │                    │
  c² = a² - b²        c² = a² + b²          c = p/2
        │                    │                    │
 Đường khép kín       Hai nhánh            Một nhánh mở

6.2. Cách nhớ công thức tiêu cự

• Elip: “Trừ” → \(c^2 = a^2 – b^2\) (vì phương trình có dấu +)
• Hyperbol: “Cộng” → \(c^2 = a^2 + b^2\) (vì phương trình có dấu −)

6.3. Cách nhớ tâm sai

• Elip: e < 1 (elip “ép” lại, nhỏ hơn 1)
• Hyperbol: e > 1 (hyperbol “hyper” = vượt quá)
• Parabol: e = 1 (ở giữa, cân bằng)

7. So sánh 3 đường conic

Bảng so sánh chi tiết elip hyperbol parabol:

7.1. Về định nghĩa

7.2. Về số tiêu điểm

• Elip: 2 tiêu điểm
• Hyperbol: 2 tiêu điểm
• Parabol: 1 tiêu điểm

7.3. Về tính đối xứng

• Elip: Có tâm đối xứng O, có 2 trục đối xứng
• Hyperbol: Có tâm đối xứng O, có 2 trục đối xứng
• Parabol: Không có tâm đối xứng, có 1 trục đối xứng

8. Bài tập minh họa có lời giải chi tiết

Vận dụng công thức 3 đường conic để giải các bài tập sau:

Bài tập 1: Elip

Đề bài: Cho elip (E): \(\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{9} = 1\). Tìm tọa độ tiêu điểm, tâm sai và vẽ đồ thị elip.

Lời giải:

Từ phương trình: \(a^2 = 25 \Rightarrow a = 5\); \(b^2 = 9 \Rightarrow b = 3\)

Tính tiêu cự:

\(c = \sqrt{a^2 – b^2} = \sqrt{25 – 9} = \sqrt{16} = 4\)

Tiêu điểm: \(F_1(-4; 0)\), \(F_2(4; 0)\)

Tâm sai: \(e = \frac{c}{a} = \frac{4}{5} = 0,8\)

Các đỉnh:

• Trên trục lớn: A₁(-5; 0), A₂(5; 0)
• Trên trục nhỏ: B₁(0; -3), B₂(0; 3)

Bài tập 2: Hyperbol

Đề bài: Cho hyperbol (H): \(\frac{x^2}{16} – \frac{y^2}{9} = 1\). Tìm tiêu điểm, đường tiệm cận.

Lời giải:

\(a^2 = 16 \Rightarrow a = 4\); \(b^2 = 9 \Rightarrow b = 3\)

Tính tiêu cự:

\(c = \sqrt{a^2 + b^2} = \sqrt{16 + 9} = \sqrt{25} = 5\)

Tiêu điểm: \(F_1(-5; 0)\), \(F_2(5; 0)\)

Đường tiệm cận:

\(y = \pm\frac{b}{a}x = \pm\frac{3}{4}x\)

Hay: \(y = \frac{3}{4}x\) và \(y = -\frac{3}{4}x\)

Bài tập 3: Parabol

Đề bài: Cho parabol (P): \(y^2 = 8x\). Tìm tiêu điểm và đường chuẩn.

Lời giải:

Từ phương trình: \(2p = 8 \Rightarrow p = 4\)

Tiêu điểm: \(F\left(\frac{p}{2}; 0\right) = F(2; 0)\)

Đường chuẩn: \(x = -\frac{p}{2} = -2\)

Bài tập 4: Viết phương trình đường conic

Đề bài: Viết phương trình chính tắc của elip có tiêu điểm F₁(-3; 0), F₂(3; 0) và đi qua điểm M(5; 0).

Lời giải:

Tiêu điểm trên trục Ox nên c = 3

M(5; 0) thuộc elip, nằm trên trục Ox → M là đỉnh → a = 5

\(b^2 = a^2 – c^2 = 25 – 9 = 16\)

Phương trình elip: \(\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{16} = 1\)

Bài tập 5: Viết phương trình hyperbol

Đề bài: Viết phương trình chính tắc của hyperbol có tiêu điểm F(5; 0) và đường tiệm cận y = \(\frac{3}{4}x\).

Lời giải:

Tiêu điểm F(5; 0) → c = 5

Đường tiệm cận: \(\frac{b}{a} = \frac{3}{4}\) → b = \(\frac{3a}{4}\)

Từ \(c^2 = a^2 + b^2\):

\(25 = a^2 + \frac{9a^2}{16} = \frac{25a^2}{16}\)

\(a^2 = 16 \Rightarrow a = 4\)

\(b = \frac{3 \times 4}{4} = 3\)

Phương trình hyperbol: \(\frac{x^2}{16} – \frac{y^2}{9} = 1\)

9. Bài tập tự luyện

Vận dụng lý thuyết 3 đường conic, hãy giải các bài tập sau:

Bài 1: Cho elip \(\frac{x^2}{36} + \frac{y^2}{20} = 1\). Tính tâm sai và tìm đường chuẩn.

Bài 2: Cho hyperbol \(\frac{x^2}{9} – \frac{y^2}{16} = 1\). Tìm tiêu điểm và phương trình đường tiệm cận.

Bài 3: Viết phương trình parabol có tiêu điểm F(3; 0).

Bài 4: Elip có tổng độ dài hai trục bằng 26 và tiêu cự bằng 10. Viết phương trình chính tắc.

10. Kết luận

3 đường conic là nội dung quan trọng trong chương trình Toán THPT. Qua bài viết này, các bạn đã nắm được:

• Lý thuyết 3 đường conic: Elip, Hyperbol, Parabol và định nghĩa của từng loại
• Công thức 3 đường conic: Phương trình chính tắc, tiêu cự, tâm sai, đường chuẩn
• Sơ đồ tư duy ba đường conic giúp ghi nhớ nhanh và phân biệt
• Đặc điểm đồ thị elip, hyperbol và parabol
• Sự khác biệt: Elip (tổng), Hyperbol (hiệu), Parabol (bằng)

Hãy luyện tập thường xuyên các bài tập về elip hyperbol parabol để thành thạo và đạt kết quả cao trong các kỳ thi.