Les coniques

On peut définir une ellipse comme étant le lieu des points dont la somme des distances à deux points fixes, dits foyers, est constante. Sa construction est simple via la méthode du jardinier.

Soit deux points $F$ et $F'$ du plan et $a$ un réel strictement positif. L'ensemble $\mathbb{E}$ des points du plan $M$ vérifiant $$\mathbb{E} \equiv \overline{MF}+\overline{MF'}=2a$$ est une ellipse. Les points $F$ et $F'$ sont appelés les foyers de l'ellipse. La droite $FF'$ est la droite (ou axe) focale.

Soit deux réels $a$ et $c$ vérifiant $0<c<a$. Si $F=(c;0)$ et $F'=(-c;0)$ alors : $\mathbb{E} \equiv \overline{MF}+\overline{MF'}=2a \iff \mathbb{E} \equiv \frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{a^2-c^2}=1$

Une ellipse est aussi définie par l'équation suivante : $$b^2\ x^2+a^2\ y^2 = a^2\ b^2 \; \text{ avec } a^2=b^2 + c^2$$

Comme $a>b$, $a$ est appelé le demi grand axe, et $b$ le demi petit axe.

L'ellipse de représentation paramétrique \(\left\{\begin{array}{l} x(\theta) = a \cos(\theta)\\ y(\theta) = b \sin(\theta) \\ \end{array}\right. \qquad \theta \in \intf{0}{2\pi }\)

dans un repère cartésien est l'image du cercle de centre $O$ et de rayon $a$ par l'affinité orthogonale d'axe $Ox$ et de rapport $b/a$. Ce cercle est appelé cercle principal de l'ellipse.

figure

Si $A\left(x_A;y_A\right)$ est le centre de symétrie de l'ellipse et $d_{FF'} \parallel Ox$ alors \[\mathbb{E} \equiv \frac{(x - x_A)^2}{a^2} + \frac{(y - y_A)^2}{b^2} = 1 \; \text{ ou }\; \mathbb{E} \equiv \left\{\begin{array}{l} x(\theta) = x_A + a \cos(\theta)\\ y(\theta) = y_A + b \sin(\theta) \\ \end{array}\right.\]

Soit $F$ un point du plan, $\Delta$ une droite ne passant pas par $F$ et un nombre réel $e\in\left]0,1\right[$.% strictement compris entre 0 et 1.

On appelle ellipse de foyer $F$, de directrice $\Delta$ et d'excentricité $e$ l'ensemble des points $M$ du plan vérifiant : $$\mathbb{E} \equiv \textbf{d}(M;F) = e \cdot \textbf{d}(M;\Delta) \qquad e \in \into{0}{1}$$

Dans un repère orthonormé, si $e=\frac{c}{a}$ et $\Delta \equiv x = \frac{a^2}{c}$ alors : $$\textbf{d}(M;F) = e \cdot \textbf{d}(M;\Delta) \iff \dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1$$

$\forall M \in \mathbb{E}$, la bissectrice de l'angle ${FMF'}$ est perpendiculaire à la tangente de L'ellipse $\mathbb{E}$ en $M$.

Equation cartésienne de la tangente $T_M$ à l'ellipse $\mathbb{E}$ en $M\in \mathbb{E}$ : $$T_M \equiv \dfrac{x_M\cdot x}{a^2}+\dfrac{y_M \cdot y}{b^2}=1$$

figure

La bissectrice du secteur angulaire formé par les droites reliant un point de l'ellipse aux foyers est perpendiculaire à la tangente en ce point.

figure

Soit deux réels $a$ et $c$ vérifiant $0<a<c$. Si $F=(c;0)$ et $F'=(-c;0)$ alors : $$\mathbb{H} \equiv \big|\overline{MF}-\overline{MF'}\big|=2a \iff \mathbb{H} \equiv \dfrac{x^2}{a^2}-\dfrac{y^2}{c^2-a^2}=1 \text{ où } M=(x;y)\in \mathbb{H}$$

Remarque : l'origine des axes est le centre de symétrie de cette conique.

figure !

Soit $b\in \R$ tel que $b^2=c^2-a^2$.

L'hyperbole d'équation $\dfrac{x^2}{a^2}-\dfrac{y^2}{b^2}=1$ admet deux asymptotes d'équation $y=\frac{b}{a}x$ et $y=-\frac{b}{a}x$

\[\mathbb{H} \equiv\left\{\begin{array}{l} x(\theta) = \dfrac{a}{\cos(\theta)}\\[1em] y(\theta) = b \tan(\theta) \\ \end{array}\right. \qquad \theta \in \into{-\frac{\pi}{2}}{\frac{\pi}{2}} \cup \into{\frac{\pi}{2}}{\frac{3\pi}{2}} \]