Geometry · real student question

把 x 平方加 8x 等於負 4y 減 8 化成標準式,然後找出這條拋物線的頂點、焦點、對稱軸與準線。

Question

x2+8x=4y8x^2 + 8x = -4y - 8

化成標準式,然後找出頂點、焦點、對稱軸與準線。

Step-by-step solution

  1. 先決定對哪個變數配方。 只有 xx 出現平方,所以這是 (xh)2=4p(yk)(x-h)^2 = 4p(y-k) 這一族的鉛直拋物線。把 xx 的項收在一邊、讓 yy 以一次式留在另一邊,正是那個形式所要求的。

  2. xx 配方。 係數 88 的一半是 44,而 42=164^2 = 16,所以兩邊各加 1616 以維持等式:

    x2+8x+16=4y8+16x^2 + 8x + 16 = -4y - 8 + 16

    (x+4)2=4y+8(x+4)^2 = -4y + 8

  3. 把右邊因式分解,露出 4p4pkk 提出 4-4 就化成標準式:

    (x+4)2=4(y2)(x+4)^2 = -4(y-2)

    (xh)2=4p(yk)(x-h)^2 = 4p(y-k) 對照得 h=4h=-4k=2k=24p=44p=-4,所以 p=1p=-1pp 為負代表拋物線開口向下。

  4. 讀出頂點與對稱軸。 頂點是 (h,k)=(4,2)(h,k) = (-4,\,2),對稱軸是通過它的鉛直線 x=4x=-4。曲線上的每一點都以這條線互為鏡像。

  5. pp 定出焦點與準線。 焦點位於頂點內側距離 p|p| 處,準線則在外側同樣的距離:

    focus=(h, k+p)=(4, 1),directrix: y=kp=3\text{focus} = (h,\ k+p) = (-4,\ 1), \qquad \text{directrix: } y = k - p = 3

  6. 用拋物線的定義驗算。 曲線上任何一點到焦點與到準線的距離必須相等。取 x=0x=0y=2y=-2:到焦點 (4,1)(-4,1) 的距離是 42+32=5\sqrt{4^2+3^2}=5,到直線 y=3y=3 的距離是 23=5|-2-3| = 5。兩者一致,確認焦點與準線都對。

Answer

(x+4)2=4(y2); 頂點 (4,2), 焦點 (4,1), 對稱軸 x=4, 準線 y=3(x+4)^2 = -4(y-2); \ \text{頂點 } (-4,2), \ \text{焦點 } (-4,1), \ \text{對稱軸 } x=-4, \ \text{準線 } y=3

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