高二下📐 空間與形狀
拋物線的焦點與準線
Focus and Directrix of a Parabola
公式
y² = 4cx:焦點 (c, 0)、準線 x = −c
拋物線上每一點到焦點與到準線的距離相等,這個性質讓它能把平行光聚焦。
白話解釋
拋物線的**焦點定義**:到定點(焦點)與到定直線(準線)**距離相等**的所有點。
標準式 **y² = 4cx** 的焦點在 (c, 0)、準線是 x = −c,開口朝 +x 方向(c > 0 時)。若寫成 x² = 4cy 則開口朝 +y。
那個 4c 常被記錯。記憶方式:**係數除以 4 就是焦距 c**。所以 y² = 8x 的 4c = 8,c = 2,焦點在 (2, 0)。
**光學性質**是這個定義最重要的推論:從焦點射出的光,碰到拋物面後會反射成**平行光**;反過來,平行入射的光會全部聚到焦點。
這就是為什麼衛星天線、車頭燈、太陽能集熱器都做成拋物面——不是設計者選了個好看的形狀,而是這個幾何性質決定的。手電筒的燈泡就放在拋物面反射鏡的焦點上。
**正焦弦**(通過焦點且垂直於軸的弦)長度是 |4c|,這是一個常考的量,也是判斷拋物線「胖瘦」的指標。
什麼時候用
天線與反射鏡設計、拋體軌跡、橋樑纜線的形狀分析。
最容易錯的地方
- 把 4c 當成 c,焦點座標算錯 4 倍。
- 開口方向與變數平方的對應搞錯(y 平方是左右開口)。
- 把拋物線的焦點性質套到懸鏈線(那是不同的曲線)。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
y² = 8x 的焦點 x 座標是多少?
- 2
承上,準線方程式是 x = ?
- 3
y² = 12x 的正焦弦長是多少?