橢圓與雙曲線的性質
Properties of Ellipses and Hyperbolas
離心率 e = c/a:橢圓 e < 1、拋物線 e = 1、雙曲線 e > 1
離心率是描述「有多扁」的統一指標,也把三種圓錐曲線串成一個家族。
白話解釋
**離心率 e = c/a** 是圓錐曲線的統一指標: **e = 0** 是圓(兩焦點重合)、**0 < e < 1** 是橢圓、**e = 1** 是拋物線、**e > 1** 是雙曲線。
橢圓的 e 愈接近 0 愈圓、愈接近 1 愈扁。地球公轉軌道的 e 約 0.017,非常接近正圓;哈雷彗星則約 0.967,是個非常扁的橢圓。
**橢圓**(x²/a² + y²/b² = 1,a > b): c² = a² − b²,焦點在長軸上; 到兩焦點距離之和恆為 **2a**; **光學性質**:從一個焦點射出的光,反射後必定通過另一個焦點。這就是「回音壁」的原理——在橢圓形大廳的一個焦點小聲說話,站在另一個焦點的人聽得一清二楚。
**雙曲線**(x²/a² − y²/b² = 1): c² = a² + b²(**加號**,跟橢圓相反); 到兩焦點距離之**差**的絕對值恆為 2a; 有兩條**漸近線** y = ±(b/a)x,曲線會愈來愈貼近它們但永不相交。
橢圓 c² 相減、雙曲線 c² 相加,是最常記混的一組。記法:橢圓的焦點在圖形**內**(c < a,所以相減),雙曲線的焦點在圖形**外**(c > a,所以相加)。
什麼時候用
行星軌道、衛星定位(雙曲線導航)、聲學設計、光學儀器。
最容易錯的地方
- 橢圓與雙曲線的 c² 公式記反。
- 雙曲線漸近線斜率寫成 a/b。
- 橢圓沒判斷焦點在 x 軸還是 y 軸(看哪個分母大)。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
橢圓 x²/25 + y²/16 = 1 的離心率是多少?(最簡分數)
- 2
雙曲線 x²/9 − y²/16 = 1 的漸近線斜率(正的那條)是多少?(分數)
- 3
橢圓長軸 a = 10,橢圓上一點到兩焦點距離之和是多少?