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Terminale S1-S3 · Leçon 18

Coniques

Ce que dit le programme officiel (6 points)
  • Définition par foyer et directrice : ligne de niveau MF/MH = e ; sommet, centre, équation cartésienne réduite
  • Génération bifocale de l’ellipse et de l’hyperbole
  • Équation de l’hyperbole rapportée à ses asymptotes
  • Équations paramétriques ; transformation d’un cercle en ellipse par affinité orthogonale
  • Tangente en un point d’une conique : la tracer
  • Déterminer une équation cartésienne ou paramétrique d’une conique ; sa nature et ses éléments ; la représenter

Source : Programme de mathématiques, Terminales S1 et S3 (Sénégal), octobre 2006

Coniques : foyer, directrice, excentricité

Définition — Conique par foyer et directrice

Soient \(F\) un point fixe appelé foyer, \(\mathcal{D}\) une droite fixe ne passant pas par \(F\) appelée directrice, et \(e>0\) un réel appelé excentricité. La conique de foyer \(F\), de directrice \(\mathcal{D}\) et d'excentricité \(e\) est l'ensemble des points \(M\) du plan vérifiant :

\[\frac{MF}{d(M,\mathcal{D})} = e,\]

où \(d(M,\mathcal{D})\) désigne la distance de \(M\) à la droite \(\mathcal{D}\) (soit \(MH\) avec \(H\) le pied de la perpendiculaire abaissée de \(M\) sur \(\mathcal{D}\)).

Propriété — Classification selon l'excentricité
Excentricité Nature de la conique Nombre de branches
\(e = 1\)Parabole1
\(0 < e < 1\)Ellipse (cercle si \(e=0\))1 (courbe fermée)
\(e > 1\)Hyperbole2

Plus \(e\) est proche de \(0\), plus l'ellipse ressemble à un cercle. Plus \(e\) est grand, plus les deux branches de l'hyperbole s'écartent.

Remarque — Programme Terminale C & D

La définition bifocale (\(MF+MF'=2a\) pour l'ellipse, \(|MF-MF'|=2a\) pour l'hyperbole) peut être rencontrée dans des problèmes, mais n'est pas exigible comme point de départ au baccalauréat. On raisonne toujours à partir de la définition foyer-directrice.

Figure 2 — Conique : faites varier l'excentricité

Conique
Foyer \(F\)
Directrice \(\mathcal{D}\)
Ellipse

Parabole

Propriété — Équation réduite

Dans un repère orthonormé dont l'origine est le sommet de la parabole et dont l'axe \((Ox)\) est l'axe focal, avec \(p>0\) :

\[y^2 = 2px,\qquad F\!\left(\frac{p}{2}\,;\,0\right),\qquad \mathcal{D}:\;x = -\frac{p}{2}.\]

La parabole est symétrique par rapport à \((Ox)\). Le réel \(p\) est le paramètre de la parabole : il mesure la distance du foyer à la directrice (on a bien \(OF = p/2\) et \(d(O,\mathcal{D})=p/2\), soit \(OF = d(O,\mathcal{D})\)). L'excentricité vaut \(e=1\) par définition.

Méthode — Lire les éléments d'une parabole

À partir de l'équation \(y^2 = 2px\), on lit directement \(2p\) comme coefficient de \(x\), ce qui donne \(p\). Le foyer est en \(\bigl(\tfrac{p}{2},0\bigr)\) et la directrice est la droite verticale \(x=-\tfrac{p}{2}\). Si l'équation est de la forme \(x^2=2py\), les rôles de \(x\) et \(y\) s'échangent (axe focal vertical).

Exemple 1 — Identification directe

\(y^2 = 4x\) : on lit \(2p=4\), donc \(p=2\). Foyer \(F(1\,;0)\), directrice \(x=-1\), sommet \(O(0,0)\). C'est exactement la courbe paramétrée de l'exemple 1 du §1.

Exemple 2 — Parabole à axe vertical

\(x^2 = 6y\) : ici l'axe focal est \((Oy)\) (rôles de \(x\) et \(y\) échangés). On lit \(2p=6\), donc \(p=3\). Foyer \(F(0\,;\tfrac{3}{2})\), directrice \(y=-\tfrac{3}{2}\), sommet \(O(0,0)\).

Exemple 3 — Retrouver l'équation

On cherche l'équation de la parabole de sommet \(O\), d'axe focal \((Ox)\), dont le foyer est \(F(3\,;0)\). On a \(\tfrac{p}{2}=3\), donc \(p=6\). L'équation est \(y^2 = 12x\).

Piège — Signe de \(p\)

La formule \(y^2=2px\) avec \(p>0\) place la parabole à droite de l'axe \((Oy)\). Si l'on écrit \(y^2=-2px\) (\(p>0\)), la parabole est ouverte vers la gauche. Ne pas confondre les deux cas lors d'une lecture d'équation.

Figure 3 — Parabole \(y^2=2px\) — variez le paramètre \(p\)

Parabole \(y^2=2px\)
Foyer \(F\)
Directrice

Ellipse

Propriété — Équation réduite (\(a>b>0\)) \[\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1,\qquad c=\sqrt{a^2-b^2},\qquad e=\frac{c}{a}<1.\]

L'ellipse admet deux foyers \(F(c\,;0)\) et \(F'(-c\,;0)\), deux directrices \(x=\pm\dfrac{a^2}{c}\), deux axes de symétrie \((Ox)\) et \((Oy)\). Les sommets sont \((\pm a\,;0)\) et \((0\,;\pm b)\).

Plus \(e\) est petit, plus l'ellipse est proche d'un cercle (pour \(e=0\), \(c=0\) et \(a=b\) : c'est un cercle).

Paramétrage de l'ellipse (exigible au Bac) \[\begin{cases}x(t)=a\cos t\\y(t)=b\sin t\end{cases}\qquad t\in[0\,;2\pi[.\]

Vérification : \(\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=\cos^2 t+\sin^2 t=1\). Le point \(M(t)\) parcourt l'ellipse dans le sens trigonométrique lorsque \(t\) croît de \(0\) à \(2\pi\). Ce paramétrage est le seul exigible au programme.

Remarque propre au programme du Burkina Faso : vérifie ce point dans ton programme.

Méthode — Lire les éléments d'une ellipse

On met l'équation sous la forme \(\dfrac{x^2}{A}+\dfrac{y^2}{B}=1\) avec \(A,B>0\). Alors \(a=\sqrt{A}\) et \(b=\sqrt{B}\) (avec \(a=\max(\sqrt{A},\sqrt{B})\) pour l'axe focal), \(c=\sqrt{a^2-b^2}\), \(e=\tfrac{c}{a}\).

Exemple 1 — Identification

\(\dfrac{x^2}{9}+\dfrac{y^2}{4}=1\) : \(a=3\), \(b=2\), \(c=\sqrt{9-4}=\sqrt{5}\approx 2{,}24\), \(e=\dfrac{\sqrt{5}}{3}\approx 0{,}75\). Foyers \((\pm\sqrt{5}\,;0)\), directrices \(x=\pm\dfrac{9}{\sqrt{5}}=\pm\dfrac{9\sqrt{5}}{5}\).

Exemple 2 — Retrouver l'équation depuis les données

On cherche l'ellipse de foyers \(F(\pm 2\,;0)\) et passant par le sommet \((0\,;3)\). On a \(c=2\) et \(b=3\), donc \(a^2=b^2+c^2=9+4=13\). L'équation est \(\dfrac{x^2}{13}+\dfrac{y^2}{9}=1\).

Piège — Identifier le grand axe

L'axe focal est toujours celui qui correspond au plus grand dénominateur. Si \(\dfrac{x^2}{4}+\dfrac{y^2}{16}=1\), alors \(a^2=16\) et l'axe focal est \((Oy)\), non \((Ox)\). Les foyers sont \((0\,;\pm\sqrt{12})\) et \(c=\sqrt{16-4}=2\sqrt{3}\).

Figure 4 — Ellipse : variez \(a\) et \(b\)

Ellipse
Foyers \(F,F'\)
Directrices
Point \(M(t)\)

Hyperbole

Propriété — Équation réduite \[\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2}=1,\qquad c=\sqrt{a^2+b^2},\qquad e=\frac{c}{a}>1.\]

L'hyperbole a deux foyers \((\pm c\,;0)\), deux sommets \((\pm a\,;0)\) et deux branches symétriques par rapport à \((Oy)\). Elle possède deux asymptotes :

\[y=\frac{b}{a}x\qquad\text{et}\qquad y=-\frac{b}{a}x.\]

Les asymptotes ne font pas partie de la courbe, mais chaque branche s'en rapproche indéfiniment sans jamais les atteindre.

Méthode — Identifier et étudier une conique

Pour reconnaître et caractériser une conique dont l'équation est donnée, on procède en trois étapes.

Étape 1 — Mise sous forme réduite. On met l'équation sous la forme \(\dfrac{x^2}{A}\pm\dfrac{y^2}{B}=1\) ou sous la forme \(y^2=kx\) par des regroupements, factorisations et mises au même dénominateur.

Étape 2 — Identification. Si les signes sont \(+/+\) : ellipse (cercle si \(A=B\)). Si les signes sont \(+/-\) ou \(-/+\) : hyperbole. Si un seul carré apparaît : parabole.

Étape 3 — Calcul des éléments. On en déduit \(a\), \(b\), puis \(c\), \(e\), les foyers, les sommets, les directrices. Pour l'hyperbole, on note en plus les asymptotes.

Exemple 1 — Hyperbole standard

\(\dfrac{x^2}{4}-y^2=1\) : \(a=2\), \(b=1\), \(c=\sqrt{4+1}=\sqrt{5}\), \(e=\dfrac{\sqrt{5}}{2}\approx 1{,}12\). Foyers \((\pm\sqrt{5}\,;0)\), sommets \((\pm 2\,;0)\), asymptotes \(y=\pm\dfrac{x}{2}\).

Exemple 2 — Hyperbole équilatère

Lorsque \(a=b\), on parle d'hyperbole équilatère. Son équation réduite est \(x^2-y^2=a^2\) et ses asymptotes sont \(y=\pm x\) (perpendiculaires). L'hyperbole \(xy=k\) (\(k\neq 0\)) est aussi une hyperbole équilatère, dont les axes de symétrie sont les droites \(y=x\) et \(y=-x\) (c'est la représentation graphique d'une fonction inverse).

Piège — Asymptote différent de tangente à l'infini

Les asymptotes sont des droites que la courbe approche sans les couper (à grande distance). Cependant, une hyperbole peut couper ses asymptotes si celles-ci ne sont pas calculées depuis la forme réduite — cela arrive dans le cas d'une hyperbole translatée. Il faut toujours vérifier la forme réduite avant de conclure.

Figure 5 — Hyperbole : variez \(a\) et \(b\)

Hyperbole
Foyers
Asymptotes

Coniques : équations paramétriques, affinité orthogonale, hyperbole rapportée à ses asymptotes

Les coniques ont aussi des représentations paramétriques, très commodes pour les tracer, trouver une tangente ou les reconnaître. Ce cours montre comment une ellipse s'obtient en « aplatissant » un cercle, et comment l'équation d'une hyperbole se simplifie quand on prend ses asymptotes pour axes.

Équations paramétriques des coniques

Dans un repère orthonormé, avec \(a\gt0\), \(b\gt0\), \(p\gt0\) :

  • Ellipse \(\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1\) : \(x=a\cos t\), \(y=b\sin t\), \(t\in[0\,;2\pi[\).
  • Hyperbole \(\dfrac{x^2}{a^2}-\dfrac{y^2}{b^2}=1\) : \(x=\dfrac{a}{\cos t}\), \(y=b\tan t\), \(t\in\left]-\frac\pi2\,;\frac\pi2\right[\) pour la branche \(x\gt0\) (et \(t\in\left]\frac\pi2\,;\frac{3\pi}2\right[\) pour l'autre), car \(\dfrac1{\cos^2t}-\tan^2t=1\).
  • Parabole \(y^2=2px\) : \(x=\dfrac{t^2}{2p}\), \(y=t\), \(t\in\mathbb R\).

Une ellipse de centre \(\Omega(x_0\,;y_0)\) et d'axes parallèles aux axes du repère s'écrit \(x=x_0+a\cos t\), \(y=y_0+b\sin t\). La tangente en un point se dirige par le vecteur dérivé ; on retrouve les équations : \(\dfrac{xx_0}{a^2}+\dfrac{yy_0}{b^2}=1\) pour l'ellipse, \(\dfrac{xx_0}{a^2}-\dfrac{yy_0}{b^2}=1\) pour l'hyperbole, en un point \((x_0\,;y_0)\) de la courbe.

Affinité orthogonale

L'affinité orthogonale d'axe \((Ox)\) et de rapport \(k\neq0\) associe au point \(M(x\,;y)\) le point \(M'(x\,;ky)\) : on garde l'abscisse et on multiplie l'ordonnée par \(k\). C'est une application affine ; elle laisse fixes les points de l'axe.

Propriété. L'image du cercle de centre \(O\) et de rayon \(a\) par l'affinité d'axe \((Ox)\) et de rapport \(\dfrac ba\) est l'ellipse \(\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1\). En effet, \((a\cos t\,;a\sin t)\) devient \((a\cos t\,;b\sin t)\).

Le paramètre \(t\) est l'angle polaire du point du cercle (appelé cercle principal), pas celui du point de l'ellipse. L'affinité conserve l'alignement et le contact : la tangente au cercle en \(M\) a pour image la tangente à l'ellipse en \(M'\).

Hyperbole rapportée à ses asymptotes

L'hyperbole \(\dfrac{x^2}{a^2}-\dfrac{y^2}{b^2}=1\) a pour asymptotes les droites \(y=\dfrac bax\) et \(y=-\dfrac bax\). Comme \(\dfrac{x^2}{a^2}-\dfrac{y^2}{b^2}=\left(\dfrac xa-\dfrac yb\right)\left(\dfrac xa+\dfrac yb\right)\), en posant \(X=\dfrac xa-\dfrac yb\) et \(Y=\dfrac xa+\dfrac yb\), l'équation devient

\[XY=1.\]

Pour une hyperbole équilatère \(x^2-y^2=a^2\) (\(a=b\), asymptotes perpendiculaires), on choisit le repère orthonormé dont les axes sont les asymptotes : \(X=\dfrac{x-y}{\sqrt2}\), \(Y=\dfrac{x+y}{\sqrt2}\), et l'équation devient \(XY=\dfrac{a^2}2\) : c'est le graphe d'une fonction inverse.

Méthode — Reconnaître une conique donnée paramétriquement

1) Isoler \(\cos t\) et \(\sin t\) (ou \(\dfrac1{\cos t}\) et \(\tan t\)), puis éliminer \(t\) avec \(\cos^2t+\sin^2t=1\) (ou \(\dfrac1{\cos^2t}-\tan^2t=1\)).

2) Écrire l'équation obtenue sous forme réduite, en déduire le centre, les demi-axes \(a\) et \(b\), puis \(c\) (\(c^2=a^2-b^2\) pour l'ellipse, \(c^2=a^2+b^2\) pour l'hyperbole), les foyers et l'excentricité \(e=\dfrac ca\).

3) Pour la tangente en \(M(t_0)\), utiliser le vecteur dérivé ou l'équation \(\dfrac{xx_0}{a^2}\pm\dfrac{yy_0}{b^2}=1\) (en coordonnées centrées).

Exemple 1 — D'un cercle à une ellipse

Énoncé. Déterminer l'image du cercle \(x^2+y^2=9\) par l'affinité orthogonale d'axe \((Ox)\) et de rapport \(\dfrac23\). Donner la tangente à cette image au point de paramètre \(\dfrac\pi3\).

Solution : Le point \((3\cos t\,;3\sin t)\) du cercle a pour image \((3\cos t\,;2\sin t)\) : l'image est l'ellipse \(\dfrac{x^2}9+\dfrac{y^2}4=1\), de demi-axes 3 et 2.

En \(t=\dfrac\pi3\) : \(M\left(\dfrac32\,;\sqrt3\right)\). Tangente : \(\dfrac{x\times\frac32}{9}+\dfrac{y\sqrt3}{4}=1\), soit \(\dfrac x6+\dfrac{\sqrt3}4y=1\). Contrôle : le vecteur dérivé \(\left(-3\sin\frac\pi3\,;2\cos\frac\pi3\right)=\left(-\frac{3\sqrt3}2\,;1\right)\) est bien orthogonal au vecteur normal \(\left(\frac16\,;\frac{\sqrt3}4\right)\).

Figure — L'affinité qui aplatit le cercle

Le cercle de centre O et de rayon 3, en gris, et son image par l'affinité d'axe (Ox) et de rapport 2/3, l'ellipse x²/9 + y²/4 = 1, en bleu. Chaque point du cercle descend verticalement vers l'axe (segments en or) : son ordonnée est multipliée par 2/3, son abscisse ne change pas.

Exemple 2 — Une hyperbole rapportée à ses asymptotes

Énoncé. Soit \(\mathcal H : x^2-y^2=4\). Donner une représentation paramétrique de la branche \(x\gt0\), ses asymptotes, et son équation dans le repère orthonormé porté par ses asymptotes.

Solution : Ici \(a=b=2\) : \(x=\dfrac{2}{\cos t}\), \(y=2\tan t\), \(t\in\left]-\frac\pi2\,;\frac\pi2\right[\) ; on vérifie \(x^2-y^2=4\left(\dfrac1{\cos^2t}-\tan^2t\right)=4\). Asymptotes : \(y=x\) et \(y=-x\), perpendiculaires (hyperbole équilatère).

Avec \(X=\dfrac{x-y}{\sqrt2}\), \(Y=\dfrac{x+y}{\sqrt2}\) : \(XY=\dfrac{x^2-y^2}{2}=2\). Dans ce repère, \(\mathcal H\) est la courbe d'équation \(Y=\dfrac2X\).

Exemple 3 — Reconnaître une conique

Énoncé. Déterminer la nature et les éléments de la courbe \(x=1+2\cos t\), \(y=-1+\sin t\), \(t\in[0\,;2\pi[\).

Solution : \(\cos t=\dfrac{x-1}2\) et \(\sin t=y+1\), donc \(\dfrac{(x-1)^2}{4}+(y+1)^2=1\) : c'est une ellipse de centre \(\Omega(1\,;-1)\), de demi-axes \(a=2\) (parallèle à \((Ox)\)) et \(b=1\).

\(c=\sqrt{a^2-b^2}=\sqrt3\) : foyers \((1+\sqrt3\,;-1)\) et \((1-\sqrt3\,;-1)\), excentricité \(e=\dfrac{\sqrt3}2\). Contrôle : pour tout point, la somme des distances aux foyers vaut \(2a=4\).

Deux erreurs à éviter

Prendre \(t\) pour l'angle du point de l'ellipse. Pour \(x=a\cos t\), \(y=b\sin t\), le point de paramètre \(\frac\pi4\) n'est sur la droite \(y=x\) que si \(a=b\) ; \(t\) est l'angle du point correspondant sur le cercle principal.

Oublier une branche de l'hyperbole. \(x=\dfrac a{\cos t}\), \(y=b\tan t\) avec \(t\in\left]-\frac\pi2\,;\frac\pi2\right[\) ne décrit que la branche \(x\gt0\).

Résumé

Résumé — Coniques paramétrées
Paramétrages

Ellipse \((a\cos t\,;b\sin t)\) ; hyperbole \(\left(\frac a{\cos t}\,;b\tan t\right)\) ; parabole \(\left(\frac{t^2}{2p}\,;t\right)\).

Affinité

\((x\,;y)\mapsto(x\,;ky)\) ; le cercle de rayon \(a\) devient l'ellipse de demi-axes \(a\) et \(ka\).

Asymptotes

Dans le repère des asymptotes, l'hyperbole a une équation \(XY=\) constante.

Résumé — Courbes planes et coniques
Courbe paramétrée

Le vecteur dérivé \(\vec{V}(t)\bigl(x'(t)\,;\,y'(t)\bigr)\) dirige la tangente lorsqu'il est non nul. Tangente horizontale : \(y'(t)=0,\,x'(t)\neq 0\). Tangente verticale : \(x'(t)=0,\,y'(t)\neq 0\).

Définition unifiée

Une conique est l'ensemble des points \(M\) vérifiant \(\dfrac{MF}{d(M,\mathcal{D})}=e\). Parabole : \(e=1\). Ellipse : \(e<1\). Hyperbole : \(e>1\).

Parabole

\(y^2=2px\) ; foyer \(\left(\tfrac{p}{2}\,;0\right)\) ; directrice \(x=-\tfrac{p}{2}\) ; axe \((Ox)\) ; sommet \(O\).

Ellipse

\(\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1\) (\(a>b>0\)) ; \(c^2=a^2-b^2\) ; \(e=\tfrac{c}{a}<1\) ; paramétrage : \((a\cos t\,;\,b\sin t)\).

Hyperbole

\(\dfrac{x^2}{a^2}-\dfrac{y^2}{b^2}=1\) ; \(c^2=a^2+b^2\) ; \(e=\tfrac{c}{a}>1\) ; asymptotes \(y=\pm\tfrac{b}{a}x\).

Identifier une conique

Forme réduite : \(+/+\) ellipse, \(+/-\) hyperbole, un seul carré parabole. Axe focal = côté du plus grand dénominateur.

Sujet type Bac

Étude d'une courbe paramétrée et d'une conique

On considère la courbe \(\mathcal{C}\) définie par \(x(t)=\cos^2 t\) et \(y(t)=\sin t\cos t\) pour \(t\in[0\,;\pi[\). On note \(\mathcal{E}\) l'ellipse d'équation \(\dfrac{x^2}{4}+\dfrac{y^2}{1}=1\).

Question 1. Montrer que \(\mathcal{C}\) admet pour équation cartésienne \(\left(x-\tfrac{1}{2}\right)^2+y^2=\tfrac{1}{4}\).

Solution

On remarque que \(x(t)=\cos^2 t=\dfrac{1+\cos(2t)}{2}\) et \(y(t)=\sin t\cos t=\dfrac{\sin(2t)}{2}\). Posons \(u=\cos(2t)\) et \(v=\sin(2t)\), de sorte que \(x=\dfrac{1+u}{2}\) et \(y=\dfrac{v}{2}\). Alors \(x-\dfrac{1}{2}=\dfrac{u}{2}\) et \(y=\dfrac{v}{2}\), d'où \(\left(x-\tfrac{1}{2}\right)^2+y^2=\dfrac{u^2+v^2}{4}=\dfrac{\cos^2(2t)+\sin^2(2t)}{4}=\dfrac{1}{4}\). Ceci est vérifié pour tout \(t\), donc \(\mathcal{C}\) est bien incluse dans ce cercle.

Question 2. Calculer le vecteur dérivé \(\vec{V}(t)\) et préciser les valeurs de \(t\) où la tangente est horizontale.

Solution

\(x'(t)=-2\sin t\cos t=-\sin(2t)\) et \(y'(t)=\cos^2 t-\sin^2 t=\cos(2t)\). Ainsi \(\vec{V}(t)\bigl(-\sin(2t)\,;\,\cos(2t)\bigr)\). Ce vecteur est nul seulement si \(\sin(2t)=0\) et \(\cos(2t)=0\), ce qui est impossible puisque \(\sin^2(2t)+\cos^2(2t)=1\). La tangente est horizontale lorsque \(y'(t)=\cos(2t)=0\), i.e. \(2t=\dfrac{\pi}{2}+k\pi\), soit \(t=\dfrac{\pi}{4}\) sur \([0\,;\pi[\). En ce point : \(M\!\left(\tfrac{1}{2}\,;\,\tfrac{1}{2}\right)\).

Question 3. Identifier la conique \(\mathcal{E}\) et donner ses foyers, excentricité et directrices.

Solution

L'équation \(\dfrac{x^2}{4}+\dfrac{y^2}{1}=1\) est celle d'une ellipse avec \(a^2=4\), \(b^2=1\), donc \(a=2\), \(b=1\). L'axe focal est \((Ox)\) (grand dénominateur). \(c=\sqrt{a^2-b^2}=\sqrt{4-1}=\sqrt{3}\). Excentricité : \(e=\dfrac{\sqrt{3}}{2}\approx 0{,}87\). Foyers : \(F(\sqrt{3}\,;0)\) et \(F'(-\sqrt{3}\,;0)\). Directrices : \(x=\pm\dfrac{a^2}{c}=\pm\dfrac{4}{\sqrt{3}}=\pm\dfrac{4\sqrt{3}}{3}\).

Question 4. Donner le paramétrage de \(\mathcal{E}\) et calculer le vecteur dérivé correspondant en \(t=\dfrac{\pi}{3}\).

Solution

Le paramétrage canonique de \(\mathcal{E}\) est \(\begin{cases}x(t)=2\cos t\\y(t)=\sin t\end{cases}\), \(t\in[0\,;2\pi[\). Les dérivées sont \(x'(t)=-2\sin t\) et \(y'(t)=\cos t\). En \(t=\dfrac{\pi}{3}\) : \(x'\!\left(\tfrac{\pi}{3}\right)=-2\cdot\dfrac{\sqrt{3}}{2}=-\sqrt{3}\) et \(y'\!\left(\tfrac{\pi}{3}\right)=\dfrac{1}{2}\). Vecteur dérivé : \(\vec{V}\!\left(\tfrac{\pi}{3}\right)\!\left(-\sqrt{3}\,;\,\tfrac{1}{2}\right)\). Le point de contact est \(M\!\left(2\cdot\tfrac{1}{2}\,;\,\tfrac{\sqrt{3}}{2}\right)=M\!\left(1\,;\tfrac{\sqrt{3}}{2}\right)\).

Question 5. Vérifier la propriété foyer-directrice pour le point \(M(2\,;0)\) sur \(\mathcal{E}\).

Solution

Le point \(M(2\,;0)\) est le sommet droit de \(\mathcal{E}\). Distance au foyer \(F(\sqrt{3}\,;0)\) : \(MF=|2-\sqrt{3}|=2-\sqrt{3}\). Distance à la directrice \(x=\dfrac{4}{\sqrt{3}}\) : \(d(M,\mathcal{D})=\left|\dfrac{4}{\sqrt{3}}-2\right|=\dfrac{4-2\sqrt{3}}{\sqrt{3}}=\dfrac{2(2-\sqrt{3})}{\sqrt{3}}\). Rapport : \(\dfrac{MF}{d(M,\mathcal{D})}=\dfrac{2-\sqrt{3}}{\dfrac{2(2-\sqrt{3})}{\sqrt{3}}}=\dfrac{\sqrt{3}}{2}=e\). La propriété est bien vérifiée.

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