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解答 - 楕円の性質

標準形式の方程式 x21123+y256=1
\frac{x^2}{\frac{112}{3}}+\frac{y^2}{56}=1
中心 (0;0)
(0; 0)
長軸の半径 7.483
7.483
頂点_1 (0;7.483)
(0; 7.483)
頂点_2 (0;7.483)
(0; -7.483)
短軸の半径 6.11
6.11
共役軸_1 (6.11;0)
(6.11; 0)
共役軸_2 (6.11;0)
(-6.11; 0)
焦点距離 4.32
4.32
焦点_1 (0;4.32)
(0; 4.32)
焦点_2 (0;4.32)
(0; -4.32)
面積 45.721π
45.721π
x軸との交点 (6.11;0),(6.11;0)
(6.11; 0), (-6.11; 0)
y軸との交点 (0;7.483),(0;7.483)
(0; 7.483), (0; -7.483)
離心率 0.577
0.577

他の解決方法

楕円の性質

手順を追って説明

1. 標準形を見つける

楕円の標準形を見つけるためには、式の右側を 1 に等しくします:

3x2+2y2=112

両方の側を112で割る

3x2112+2y2112=112112

数式を単純化します

3112x2+156y2=1

x21123+y256=1

y の分母(56)が x の分母(1123)より大きいと、それは長軸(56=a2)を表し、この式は垂直な楕円方程式になります:
(x-h)2b2+(y-k)2a2=1

2. 中心を見つける

hは原点からのx方向へのオフセットを表します。
kは原点からのy方向へのオフセットを表します。
hk の値を求めるためには、垂直な楕円の標準形を使用します:
(x-h)2b2+(y-k)2a2=1

x21123+y256=1
h=0
k=0
中心: (0,0)

3. 主軸の半径を見つける

aは楕円の長い半径を表し、これは主軸の半分に等しいです。
これは、半主軸と呼ばれます。
aの値を求めるためには、垂直な楕円の標準形を使用します:
(x-h)2b2+(y-k)2a2=1

x21123+y256=1
a2=56
等式の両辺の平方根を取ります:
a=7.483

aは距離を表すので、正の値しか持ちません。

4. 頂点を見つける

垂直楕円では、主軸はy軸に平行に走り、楕円の頂点を通ります。頂点を求めるためには、中心のy座標(k)に a を加算し、減算します。

頂点_1を見つけるためには、中心のy座標(k)にaを足します:
頂点_1:(h,k+a)
中心:(h,k)=(0,0)
h=0
k=0
a=7.483
頂点_1:(0,0+7.483)
頂点_1:(0;7.483)

頂点_2を見つけるためには、中心のy座標(k)からaを引きます:
頂点_2:(h,ka)
中心:(h,k)=(0;0)
h=0
k=0
a=7.483
頂点_2:(0,07.483)
頂点_2:(0;7.483)

5. 副軸の半径を見つける

bは楕円の短い半径を表し、これは短軸の半分に等しいです。これを半短軸と呼びます。
bの値を見つけるには、垂直楕円の標準形を使用します:
(x-h)2b2+(y-k)2a2=1

x21123+y256=1
b2=1123
式の両辺の平方根を取ります:
b=6.11
bは距離を表すため、値は常に正します。

6. 共頂点を見つける

垂直楕円では、小軸はx軸に並行で、楕円の共頂点を通過します。
中心のx座標(h)からbを足し引きして共頂点を見つけます。

共頂点_1を見つけるには、中心のx座標(h)にbを足します:
共頂点_1:(h+b,k)
中心:(h,k)=(0;0)
h=0
k=0
b=6.11
共頂点_1:(0+6.11,0)
共頂点_1:(6.11;0)

共頂点_2を見つけるためには、中心のx座標(h)からbを引きます:
共頂点_2:(hb,k)
中心:(h,k)=(0;0)
h=0
k=0
b=6.11
共頂点_2:(06.11,0)
共頂点_2:(6.11;0)

7. 焦点距離を見つける

焦点距離は、楕円の中心から各焦点までの距離であり、通常fで表されます。

fを見つけるためには、この式を使用します:
f=a2-b2
a2=56
b2=1123
a2b2を式に代入し、簡単にします:

f=56-1123

f=563

f=4.32

fは距離を表すため、値は常に正です。

8. 焦点を見つける

垂直な円錐では、主軸はy軸に平行に進み、焦点を通ります。
焦点を求めるには、中心のy座標(k)fを加えるか減らします。

焦点1を求めるには、中心のy座標(k)fを加えます:
焦点1: (h,k+f)
中心: (h,k)=(0;0)
h=0
k=0
f=4.32
焦点1: (0,0+4.32)
焦点1: (0;4.32)

焦点2を求めるには、中心のy座標(k)からfを引きます:
焦点2: (h,kf)
中心: (h,k)=(0;0)
h=0
k=0
f=4.32
焦点2: (0,04.32)
焦点2: (0;4.32)

9. 面積を見つける

楕円の面積を求めるためには以下の式を使用します:
π·a·b
a=7.483
b=6.11
この式にabを代入し、簡単に計算します。

π·7.483·6.11

π·45.721

面積は45.721πに等しい

10. xとyの交点を見つける

x-切片を求めるには、楕円の標準方程式のy0を代入し、得られた二次方程式をxで解きます。
二次方程式の詳しい解説はこちら。

x21123+y256=1

x21123+0256=1

x1=6.11

x2=6.11

y-切片を求めるには、楕円の標準方程式のx0を代入し、得られた二次方程式をyで解きます。
二次方程式の詳しい解説はこちら。

x21123+y256=1

021123+y256=1

y1=7.483

y2=7.483

11. 離心率を見つける

離心率を求めるには以下の式を用います:
a2-b2a
a2=56
b2=1123
a=7.483
この式にa2b2、そしてaを代入します。

56-11237.483

5637.483

4.327.483

0.577

離心率は0.577と等しい

12. グラフ

なぜこれを学ぶのか

ある人がニンジンを横断して半分に切ったとします(こんな感じ: =|> )。その結果得られる断面は円形で、比較的簡単に測定することができます。しかし、同じニンジンを角度をつけて横断したらどうでしょうか(こんな感じ: =/> )?得られる形状はもっと楕円になり、素朴な円を測定するより少し難しくなるでしょう。でも、そもそもなぜニンジンの断面を測定する必要があるのでしょうか?
まあ...実際にはあまりないかもしれませんが、自然界では楕円の発生は実際にかなり一般的で、それらを数学的な観点から理解することは多様な文脈で有用です。美術、デザイン、建築、工学、天文学などの分野は時々楕円に依存しています - それは肖像画を描くことから、家を建てること、月、惑星、彗星の軌道を測定することまで。

用語とトピック