Ecuaciones parametricas:


Un lugar geométrico tiene una representación analítica, la cual es una sola ecuación que contiene dos variables. Ahora veremos la representación analítica de una curva utilizando dos ecuaciones, que se llaman ecuaciones paramétricas de la curva.
Reciben este nombre aquellas ecuaciones en que las variables x y y, cada una separadamente, están expresadas en función de la misma tercera variable. Según esto, designando por la letra z la tercera variable, comúnmente llamada variable paramétrica, estas ecuaciones se representan en la siguiente forma general:

x = F (z)
y = F (z)


Es muy importante aclarar que cada dos ecuaciones paramétricas representan una sola curva perfectamente referida a un sistema de ejes cartesianos, como se puede ver en el siguiente ejemplo:

1. Elipse

EJEMPLO. Un segmento de recta de 10 cm de longitud se mueve apoyando sus extremos en los ejes de
coordenadas. Determinar el lugar geométrico descrito por un punto P(x, y) situado sobre el segmento A B a 4 cm del extremo que se apoya sobre el eje de las x :
Ecuaciones parametricas de las conicas

SOLUCIÓN
se tienen las funciones trigonométricas:

cos φ = x/6
sen φ = Y/4


Por tanto despejando:
x = 6 cos φ
y = 4 sen φ


Estas son las ecuaciones paramétricas del lugar geométrico descrito, pero necesitamos transformarlas para que podamos identificar, e incluso, para que podamos darnos cuenta de que las dos ecuaciones paramétricas representan una sola curva.
Elevando al cuadrado las dos ecuaciones anteriores:

(x^2) / 36 = cos^2 φ

(y^2) / 16 = sen^2 φ


Sumando miembro a miembro:

[(x^2) / 36] + [(y^2) / 16] = sen^2 φ + cos^2 φ

Pero se sabe que: sen^2 φ + cos^2 φ= 1

Sustituyendo tenemos:

[(x^2) / 36] + [(y^2) / 16] = 1


Por el resultado obtenido, vemos que el lugar geométrico descrito por P es una elipse horizontal, con centro en el origen, cuyos semiejes miden 6 y 4.
Este problema nos hace ver que toda elipse como la que acabamos de ver con semiejes a y b, esta representada por las siguientes ecuaciones paramétricas:

x = a cos φ..................................... I
y = b sen φ..................................... I’


Si la elipse es vertical con centro en el origen, sus ecuaciones paramétricas son:

x = b cos φ.................................... II
y = a sen φ ................................... II


2. De la circunferencia:


solucion

Para el caso de una circunferencia de radio = r y parámetro ϕ, también con centro en el origen. Si P(x, y) es un punto cualquiera de la curva, las ecuaciones paramétricas de acuerdo a la figura adjunta son:
Considerando a P un punto cualquiera de la curva y r como el radio de la circunferencia.

De la figura se tiene:

sen φ = y/r

cos φ =x/r


Despejando tendremos las ecuaciones paramétricas:

y = r sen φ ................................... III
x = r cos φ ................................... III’


En este caso observamos que el coeficiente a es el mismo, puesto que representa el radio de la circunferencia.

3. De la parábola


Se sabe que para este tipo de curva la ecuación es:

y^2 = 2px .......................................... (1)


La cual es la ecuación de una parábola horizontal con vértice en el origen. ϕ es el ángulo de inclinación de la tangente a la parábola en el punto P, como se muestra en la figura adjunta.

matematicas

También se sabe que el valor de la pendiente m de una recta tangente a una parábola, si se conoce el punto de tangencia, es:

tan φ = m = y / 2x ..............................(2)

Por lo que de la ecuación (1), despejando a 2x:

2x = (y^2) / p ......................................(3)


Sustituyendo (3) en (2), se tiene:

tan φ = y/ (Y^2 /p) = py / y^2 = p / y

Es decir que:

tan φ = p / y

Por lo tanto la función trigonométrica:

cot φ = y / p

Despejando a y:

y = p cot φ ...............................IV

Según la ecuación (3) tendremos:

x = [(p^2) cot^2 φ ] / 2p

De donde:

x = (p / 2) cot^2 φ .................................IV’

Que son las ecuaciones paramétricas de la parábola horizontal con vértice en el origen.
De la misma manera, partiendo de la ecuación de la parábola vertical con vértice en el origen, las ecuaciones paramétricas correspondientes son:

x = ptanφ .....................................V

y = (p / 2) tan^2 φ ................................V’


4. De la hipérbola


algebra

Trazamos dos circunferencias concéntricas con centro común en el origen, de radio
0A = a , y de radio 0D = b y consideramos un punto P(x, y) cualquiera, según la figura siguiente:
En el triángulo rectángulo 0AB la función trigonométrica:

sec φ = OB / OA = x / a

Despejando:

x = a sec φ ......................VI

De la misma forma, en el triángulo rectángulo 0CD, tenemos la función:

tang φ = CD / OD = y / b


Despejando:

y = b tan φ .................................VI’

Que son las ecuaciones paramétricas de la hipérbola horizontal con centro en el origen.
Para obtener la ecuación rectangular de una curva a partir de las ecuaciones paramétricas, se obtiene normalmente eliminando el parámetro, mediante procedimientos y conocimientos vistos en álgebra y en la geometría y trigonometría.

EJERCICIOS:


1. Obtener la ecuación rectangular de la curva cuyas ecuaciones paramétricas son:
x = 5 t + 7 ..............................................(1)
y = 6 t + 2 ..............................................(2)


SOLUCION :
Despejando el parámetro t, tenemos: De (1):

t = (x - 7) / 5 ............................................................................................................................(3)

De (2):

t = (y - 2) / 6 ............................................................................................................................(4)

Igualando (3) y (4):

(x - 7) / 5 = (y - 2) / 6

Haciendo operaciones algebraicas:

6(x - 7) = 5(y - 2)
6x - 42 = 5y - 10
6x - 42 - 5y + 10 = 0
6x -5y -32 = 0

La ecuacion representa una linea recta en su forma general.

2.- Obtener la ecuación rectangular de la curva dada por las ecuaciones:
x2 = 3 cos2 φ .................................(1)
y2 = 3 sen2 φ .................................(2)


SOLUCION:
De (1) despejando:

cos^2 φ = x^2 / 2 ..........................(3)

De (2) despejando:

sen^2 φ = y^2 / 3 ...........................(4)

Sumando (3) y (4) miembro a miembro:

sen^2 φ + cos^2 φ= [(x^2) / 3] + [(y^2) / 3]

pero como: sen^2 φ + cos^2 φ= 1. Por tanto:

[(x^2) / 3] + [(y^2) / 3] = 1

simplificando quitando denominadores:

x^2 + y^2 = 3 La cual representa una circunferencia.

3. Encontrar las ecuaciones paramétricas de la curva dada por la ecuación:
x^2 - y - 2x - 3 = 0, con : x = t + 1


Despejando y de la ecuación dada tenemos:

y = x^2 - 2x - 3

Sustituyendo el valor de x = t + 1 queda:

y = (t + 1 )^2 - 2 (t + 1) - 3

y = t^2 + 2t + 1 - 2t - 2 - 3

y = t^2 - 4

Como se indico que: x = t + 1

Las ecuaciones paramétricas son:

x = t + 1

y = t2 - 4

4.- Una circunferencia de radio = r , rueda sobre una recta sin deslizarse. Determinar la
trayectoria de un punto dado de la circunferencia.


Supongamos que en un cierto instante el punto dado M es el punto de contacto de la circunferencia con la recta en cuestión. Tomemos este punto como origen del sistema de coordenadas y la recta dada como eje Ox. Lo que expresamos por medio de la figura adjunta:
Supongamos ahora que M es un punto cualquiera de la trayectoria buscada y (x, y) sus coordenadas.
Llamemos t al ángulo MCB. Tendremos entonces que:

OK = OA - KA .................(1)

Y como:

OK = x ; OA = rt ; KA = MB = r sen t

Por lo tanto sustituyendo en (1).

x = rt - r sen t
x = r (t – sen t ) .............................(2)

De la misma forma como:

KM = AB = AC - BC ...........................(3)

Pero:

KM = y ; AC = r ; BC = r cos t

Sustituyendo en (3) nos queda:
y = r - r cos t
y = r (1 – cos t) ...........................(4)

Las ecuaciones paramétricas de la trayectoria buscada, que se denominan cicloide son (2) y (4).



Espero y les sirva!!...