平面上の二定点からの距離の差が一定になる点を連ねた曲線はどれ？

kamoshika51

8年前

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【答え】　双曲線

双曲線は、幾何学において非常に重要な概念の一つです。平面上の2つの固定点（焦点）からの距離の差が常に一定である点の軌跡として定義されます。

双曲線の定義と特徴

双曲線は、次の2つの点で特徴づけられます。

焦点 (F1, F2): 双曲線を定義する2つの固定点です。
一定の距離の差: 双曲線上の任意の点 P から2つの焦点 F1, F2 までの距離をそれぞれ PF1, PF2 とすると、これらの距離の差の絶対値 ∣PF1−PF2∣ が常に一定の正の値 2a となります。

この定義から、双曲線は楕円と対照的な関係にあります。楕円は焦点からの距離の「和」が一定であるのに対し、双曲線は距離の「差」が一定です。

原点を中心とし、焦点が x 軸上にある双曲線の標準形は、次のいずれかで表されます。

ここで、

双曲線には、いくつかの重要な要素があります。

中心: 双曲線が対称となる点です。標準形では原点 (0,0) です。
頂点: 双曲線が主軸と交わる点です。標準形では (±a,0) または (0,±a) です。
焦点: 双曲線の定義に使われる2つの固定点です。標準形では (±c,0) または (0,±c) です。
主軸（実軸）: 2つの頂点を結ぶ線分を含む直線です。
共役軸（虚軸）: 中心を通り、主軸に垂直な直線です。
漸近線: 双曲線が無限遠点で限りなく近づく直線です。標準形 a2x2−b2y2=1 の場合、漸近線の方程式は y=±abx です。漸近線は双曲線の形状を理解する上で非常に重要です。双曲線は決して漸近線と交わることはありませんが、無限に近づいていきます。

双曲線は、数学だけでなく、物理学、工学、天文学など、さまざまな分野で応用されています。

放物線型アンテナ: 双曲線の性質を利用して、電波や光を集束させることができます。
音源の位置特定: 2点での音の到達時間の差から、音源が双曲線上に存在することがわかります。この原理を利用して、複数の観測地点からの情報で音源の位置を特定できます。
惑星の軌道: 彗星の中には、双曲線軌道を描いて太陽系を一度だけ通過し、二度と戻ってこないものもあります。
ナビゲーションシステム: かつての長距離航法システム（ロランなど）では、電波信号の到達時間の差を利用して、船舶や航空機の位置を特定するのに双曲線の原理が用いられました。

双曲線は、その対称性と無限に広がる形状が特徴であり、多くの自然現象や人工物の設計に深く関わっています。