数学のまとめ

「2次曲線」とは

2次の方程式で表せる曲線のこと。

分類

2次曲線は, 楕円と放物線, 双曲線に分類できる.

一般式

$ax^2 + bxy + cy^2 + dx + ey + f = 0$

A. 極座標表示

定数 $\ell>0$ と離心率 $e$ で, 極座標 $(r; \theta)$ で2次曲線を表すと,

$\displaystyle r = \frac{\ell}{1 + e \cdot \cos \theta}$

B. 共通する性質

  1. 曲線の内側に当たった光線は屈折したのち,焦点を通る.
  2. 適当な遠近法によって, すべて楕円に見える.

C. 現象による分類(統一的な扱い)

  1. 円錐の切断
  2. 惑星軌道の力学的エネルギー
  3. 塩山が造る幾何

ポイント解説

A

離心率 $e$ は, 曲線上の任意の点から, 焦点と準線までの距離の比をとったものです。

・$0 < e < 1$:楕円
・$e = 1$:放物線
・$1 < e$:双曲線

C

(1) すべての2次曲線は円錐を切断した断面として現れます。

(2)惑星のもつ力学的エネルギ $E$ について, 惑星軌道は次のようになります。

・$E > 0$:楕円
・$E = 0$:放物線
・$E < 0$:双曲線

(3)土台の形状の違いで, 塩山が造る2次曲線が変化します。

2次曲線の具体例

2次曲線

楕円について

円周を一定方向に伸縮してできる曲線のこと。[定義]距離の和を $2a$, 焦点を $\mathrm{F}$ と $\mathrm{F}'$, 動点を $\mathrm{P}$ とすると, $\mathrm{PF} + \mathrm{P…

放物線について

物を放り投げたときの軌道が描く曲線のこと。[定義]ある点とある直線からの距離が等しい点の集まりを放物線という.

双曲線について

2次式で表される曲線のうち、双子になる曲線のこと。[定義]2点からの距離の差が一定の点の軌跡を双曲線という.

自然界

日時計

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 が付いている欄は必須項目です