2卵圓標準方程
卵圓的概念來自於禽鳥類的卵在平面上投影的形狀,習慣上稱作卵圓。具有一條對稱軸;三個參數;一頭大一頭小,兩頭不對稱,見示意圖1。
圖1 卵圓示意圖是以x軸為對稱軸的卵圓標準方程 :
(1)式中a、b、c為卵圓的參數,其中a稱做長半軸、b稱做短半軸、c稱做半寬。當a=b時便是橢圓方程,當a=b=c時便是圓方程。
卵圓圖形具有方向性,有四種相似標準方程,通過坐標旋轉可以得到另三種方程。
3方程推導
卵圓方程是基於橢圓(圓)的圖形特徵和方程性質,套用一元二次方程待定係數方法確定卵圓的方程係數。
3. 1 橢圓
3. 1.1圖形特徵
圖2 橢圓示意圖
橢圓是對稱圖形,具有兩條對稱軸。為了便於對卵圓的描述,設:x軸為長=2a,y軸為寬=2c;x軸為對稱軸,y軸不限,反之亦然。由於x軸為對稱軸,y軸上寬的兩點看作是關於原點的對稱點。通過對橢圓圖形在x軸上進行擠壓或拉伸,使x軸上一邊的-a點移動到-b點,即a、-b兩點與原點不對稱,寬保持不變,生成類似於禽鳥類卵的形狀——卵圓,見圖1。
3. 1.2方程特性
根據橢圓知識,由圖2可知其標準方程:
橢圓標準方程的基本特性:一是沒有乘積項和一次項,是最簡單的二元二次方程;二是變數x和y的係數分別為橢圓特徵值(a、c)平方的倒數且相等;三是方程係數確定橢圓在坐標軸上點的位置。
3.2 係數待定法
橢圓的標準方程係數反映變數在坐標軸上兩個點的位置,坐標軸上的兩個點必然是方程的兩個解。對於長半軸為a的橢圓,當y=0時,由方程(2)得:
式(3)屬於簡單的一元二次方程。一般情況能夠直接得出的兩個解: 、 。
代數中,兩個解的一元二次方程可以用因式分解乘積式方程表示:
式(3)和式(4)是等價的,只是表達方式不同。由於圖形變化,式(3)中係數參數也會發生相應變化,具有不確定性。式(4)屬於方程代數式,只與變形的結果相關,結果是確定的。可以利用式(4)確定變形後的方程係數,把這種方法稱為係數待定法。
係數待定的具體步驟:設卵圓標準方程變數x的對應係數為u的倒數,代入橢圓標準方程得標準卵圓方程:
當y=0 時,由方程(5)得:
設卵圓在x軸的點分別為:a、-b,則因式分解乘積式方程:
令:方程(6)=(7),故:
化簡得:
將(9)代入(5)式得卵圓的標準方程:
4 基本 性質
卵圓曲線系複合函式方程,是以參數a、b和變數x相關的多項式為半軸與以c為半寬形成的不同橢圓的特定點的集合。
橢圓的最大半軸為a,最小半軸為b,x取值範圍 。當x任取一值時,確定一個橢圓方程和在橢圓方程中對應點的y值,這個點也是卵圓曲線上的點。由於x是連續的,所以形成的點的集合屬於光滑曲線。
示例,設卵圓的三個參數為:a=5、b=4、c=3。首先,將參數代入式(1)得卵圓方程:
其次,任取一值如 以,先只代入卵圓的方程係數,得特定的橢圓方程:
然後,再以x=1代入特定的橢圓方程算得:y=2.9277。
x 、y的坐標(1,2.9277)點,既是橢圓上的點也是卵圓上的點。x的不同取值得到對應的y值,把得到的點光滑連線起來便是上述卵圓方程的曲線。
卵圓是具有一條對稱軸的圓。卵圓的寬偏離對稱軸的中點,並把對稱軸分成不相等的長、短兩個半軸;兩端不對稱一頭大一頭小,小頭為長半軸,大頭為短半軸。當對稱軸大於寬時屬於長型卵圓,寬大於對稱軸時屬於扁型卵圓。
卵圓是三參數圖形,長半軸以a表示、短半軸以b表示和半寬以c表示;三個參數必須大於0,參數之間相互獨立沒有隸屬關係;三個參數確定卵圓的形狀和大小。
長和寬的交點是卵圓的卵心,是確定卵圓的位置和圖形分析的參照點。卵圓沒有固定的焦點,不能形成動點與定點之間的固定關係。
作圖方法:一是電腦編程作圖,二是手工描點作圖。
參考文獻
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