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第25課 — 円錐曲線:楕円、放物線、双曲線

3 つの円錐曲線とその標準方程式。焦点—準線、離心率。惑星軌道とアンテナへの応用。

Used in: 1.º ano EM (15–16 anos) · Equiv. Math II japonês §II.4 · Equiv. Klasse 11 alemã Analytische Geometrie

x2a2+y2b2=1,y2=4px,x2a2y2b2=1\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1, \qquad y^2 = 4px, \qquad \frac{x^2}{a^2} - \frac{y^2}{b^2} = 1
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

標準方程式

楕円

2 つの焦点までの距離の和が一定: x2a2+y2b2=1\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1

ここで a>b>0a > b > 0。焦点は (±c,0)(\pm c, 0)c=a2b2c = \sqrt{a^2 - b^2}。長軸 =2a= 2a、短軸 =2b= 2b。離心率 e=c/a[0,1)e = c/a \in [0, 1)a=ba = b のとき、円である。

放物線

焦点までの距離 == 準線までの距離: y2=4pxy^2 = 4px

焦点は (p,0)(p, 0)、準線は x=px = -p

双曲線

2 つの焦点までの距離の差が一定: x2a2y2b2=1\frac{x^2}{a^2} - \frac{y^2}{b^2} = 1

焦点は (±c,0)(\pm c, 0)c=a2+b2c = \sqrt{a^2 + b^2}。離心率 e=c/a>1e = c/a > 1。漸近線は y=±(b/a)xy = \pm (b/a) x

Exercise list

30 exercises · 7 with worked solution (25%)

Application 20Modeling 8Challenge 2
  1. Ex. 25.1Application
    円錐曲線を識別せよ:x2/9+y2/4=1x^2/9 + y^2/4 = 1
  2. Ex. 25.2Application
    楕円 x2/25+y2/16=1x^2/25 + y^2/16 = 1 の頂点。
  3. Ex. 25.3Application
    楕円 x2/25+y2/9=1x^2/25 + y^2/9 = 1 の離心率。
  4. Ex. 25.4ApplicationAnswer key
    放物線 y2=8xy^2 = 8x の焦点。
  5. Ex. 25.5ApplicationAnswer key
    y2=12xy^2 = 12x の準線。
  6. Ex. 25.6Application
    x2/4y2/9=1x^2/4 - y^2/9 = 1 の漸近線。
  7. Ex. 25.7Application
    識別せよ:x2/16y2/9=1x^2/16 - y^2/9 = 1
  8. Ex. 25.8Application
    頂点 (±5,0)(\pm 5, 0)、焦点 (±3,0)(\pm 3, 0) の楕円の方程式。
  9. Ex. 25.9Application
    頂点が原点、焦点が (2,0)(2, 0) の放物線の方程式。
  10. Ex. 25.10ApplicationAnswer key
    頂点 (±4,0)(\pm 4, 0)、焦点 (±5,0)(\pm 5, 0) の双曲線の方程式。
  11. Ex. 25.11Application
    楕円 4x2+9y2=364x^2 + 9y^2 = 36 — 頂点?
  12. Ex. 25.12ApplicationAnswer key
    y2=4xy^2 = 4x をスケッチし、焦点と準線を示せ。
  13. Ex. 25.13Application
    x2/16+y2/16=1x^2/16 + y^2/16 = 1 — どの円錐曲線?
  14. Ex. 25.14ApplicationAnswer key
    楕円 x2/9+y2/16=1x^2/9 + y^2/16 = 1 の長軸はどの方向?
  15. Ex. 25.15Application
    楕円 4x2+25y2=1004x^2 + 25y^2 = 100 の長軸の長さ。
  16. Ex. 25.16Application
    (3,0)(3, 0) が楕円 x2/9+y2/4=1x^2/9 + y^2/4 = 1 の上にあるか確認せよ。
  17. Ex. 25.17Application
    x2/a2+y2/16=1x^2/a^2 + y^2/16 = 1 の離心率が 0,60{,}6 となる aa は?(答:a=5a = 5。)
  18. Ex. 25.18Application
    放物線 y2=4xy^2 = 4xx=4x = 4 と交わる点は?
  19. Ex. 25.19ApplicationAnswer key
    双曲線 x2y2=1x^2 - y^2 = 1 — 頂点、焦点、漸近線。
  20. Ex. 25.20Application
    x2/4+y2=1x^2/4 + y^2 = 1 をスケッチせよ。
  21. Ex. 25.21Modeling
    地球の軌道:半長軸 a1,496×108a \approx 1{,}496 \times 10^8 km、e0,0167e \approx 0{,}0167。最大太陽-地球距離(遠日点)?
  22. Ex. 25.22Modeling
    衛星 TV のパラボラアンテナ:深さ 30 cm、開口 60 cm。焦点はどこ?
  23. Ex. 25.23ModelingAnswer key
    弾道軌道:h(d)=0,05d2+5dh(d) = -0{,}05 d^2 + 5d。放物線形状 — 頂点(最大射程)?
  24. Ex. 25.24Modeling
    ハレー彗星は離心率 e0,967e \approx 0{,}967 の楕円軌道を持つ。ほぼ放物線 — 説明せよ。
  25. Ex. 25.25Modeling
    楕円形のスケート場:20m × 12m。楕円の方程式。
  26. Ex. 25.26Modeling
    反射望遠鏡:放物面鏡から 2 m の焦点。方程式 y2=42xy^2 = 4 \cdot 2 \cdot x — 直径 1m の開口は?
  27. Ex. 25.27Modeling
    放物線型キッチンクーラー:赤外線上の焦点。焦点-頂点距離 15 cm。方程式。
  28. Ex. 25.28Modeling
    LORAN(GPS の前身)は双曲線を使用する。概念的に:なぜ 2 つの受信機が 1 つの双曲線を定義するのか?
  29. Ex. 25.29Challenge
    楕円での反射:焦点 1 からの光線が焦点 2 に到達する。これを使って「ささやきの間」を設計せよ。
  30. Ex. 25.30Challenge
    一般円錐曲線 Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0Ax^2 + Bxy + Cy^2 + Dx + Ey + F = 0 では、判別式 B24ACB^2 - 4AC が分類する:<0< 0 楕円、=0= 0 放物線、>0> 0 双曲線。標準形について検証せよ。

この課の出典

Updated on 2026-04-29 · Author(s): Clube da Matemática

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