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双曲线
✍ dations ◷ 2025-03-04 08:44:55 #双曲线
在数学中,双曲线(英语:hyperbola;希腊语:ὑπερβολή,意思是超过、超出)是定义为平面交截直角圆锥面的两半的一类圆锥曲线。它还可以定义为与两个固定的点(称为焦点)的距离差是常数的点的轨迹。这个固定的距离差是
a
{displaystyle a}
的两倍,这里的
a
{displaystyle a}
是从双曲线的中心到双曲线最近的分支的顶点的距离。
a
{displaystyle a}
还称为双曲线的半实轴。焦点位于贯轴上,它们的中间点称为中心。从代数上说,双曲线是在笛卡尔平面上由如下方程定义的曲线使得
B
2
>
4
A
C
{displaystyle B^{2}>4AC}
,这里的所有系数都是实数,并存在定义在双曲线上的点对
(
x
,
y
)
{displaystyle (x,y)}
的多于一个的解。注意在笛卡尔坐标平面上两个互为倒数的变量的图像是双曲线。前两个上面已经列出了:双曲线由分开两个焦点的两个分离的称为臂或分支的曲线构成。随着到焦点的距离的变大,双曲线就越逼近称为渐近线的两条线。渐近线交叉于双曲线的中点,并对于东西开口的双曲线有斜率
±
b
a
{displaystyle pm {frac {b}{a}}}
,对于北南开口的双曲线有斜率
±
a
b
{displaystyle pm {frac {a}{b}}}
。双曲线有个性质,出自一个焦点的射线反射于双曲线后看起来像是出自另一个焦点。双曲线的一个特殊情况是“等轴”或“直角”双曲线,它的渐近线交于直角。以坐标轴作为渐近线的直角双曲线由方程
x
y
=
c
{displaystyle xy=c}
给出,这里的
c
{displaystyle c}
是常数。如果对双曲线方程交换
x
{displaystyle x}
和
y
{displaystyle y}
,得到它的共轭双曲线。共轭双曲线有同样的渐近线。中心位于
(
h
,
k
)
{displaystyle (h,k)}
的左右开口的双曲线:中心位于
(
h
,
k
)
{displaystyle (h,k)}
的上下开口的双曲线:实轴贯穿双曲线的中心并交双曲线两臂于它们的顶点(拐点)。焦点位于双曲线实轴的延长线上。虚轴贯穿双曲线中点并垂直于实轴。在两个公式中,
a
{displaystyle a}
是半实轴(在双曲线两臂之间沿着实轴测量的距离),而
b
{displaystyle b}
是半虚轴。如果用双曲线的两个顶点的切线交渐近线形成一个矩形,在切线上的两边的长度是
2
b
{displaystyle 2b}
,平行于实轴的两边的长度是
2
a
{displaystyle 2a}
,注意
b
{displaystyle b}
可以大于
a
{displaystyle a}
。如果计算从双曲线上任意准线上的点到每个焦点的距离,这两个距离的差的绝对值总是
2
a
{displaystyle 2a}
。离心率给出自:左右开口的双曲线的焦点是:
(
h
±
c
,
k
)
{displaystyle left(hpm c,kright)}
,其中c给出自
c
2
=
a
2
+
b
2
{displaystyle c^{2}=a^{2}+b^{2}}
。上下开口的双曲线的焦点是:
(
h
,
k
±
c
)
{displaystyle left(h,kpm cright)}
,其中c给出自
c
2
=
a
2
+
b
2
{displaystyle c^{2}=a^{2}+b^{2}}
。对于以直线
x
=
h
{displaystyle x=h}
和直线
y
=
k
{displaystyle y=k}
为渐近线的直角双曲线:这种双曲线最简单的例子是:左右开口的双曲线:上下开口的双曲线:上右下左开口的双曲线:上左下右开口的双曲线:在所有公式中,中心在极点,而
a
{displaystyle a}
是半实轴和半虚轴。如同正弦和余弦函数给出椭圆的参数方程,双曲函数给出双曲线的参数方程。
左右开口的双曲线:或上下开口的双曲线:或在所有公式中,
(
h
,
k
)
{displaystyle (h,k)}
是双曲线的中点,
a
{displaystyle a}
是半实轴而
b
{displaystyle b}
是半虚轴。焦点在
x
{displaystyle x}
轴:
x
2
a
2
−
y
2
b
2
=
1
{displaystyle {frac {x^{2}}{a^{2}}}-{frac {y^{2}}{b^{2}}}=1}焦点在
y
{displaystyle y}
轴:
y
2
a
2
−
x
2
b
2
=
1
{displaystyle {frac {y^{2}}{a^{2}}}-{frac {x^{2}}{b^{2}}}=1}焦线平行于
x
{displaystyle x}
轴:
y
=
±
b
a
x
{displaystyle y=pm {frac {b}{a}}x}焦线平行于
y
{displaystyle y}
轴:
y
=
±
a
b
x
{displaystyle y=pm {frac {a}{b}}x}ρ
=
e
p
1
+
e
cos
θ
{displaystyle rho ={frac {ep}{1+ecos theta }}}当
e
>
1
{displaystyle e>1}
时,表示双曲线。其中
p
{displaystyle p}
为焦点到准线距离,
θ
{displaystyle theta }
为弦与
x
{displaystyle x}
轴夹角。
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