通徑計算器 - 拋物線、橢圓、雙曲線
計算拋物線、橢圓或雙曲線的通徑長度。
選擇二次曲線類型並輸入所需參數,即可立即計算通徑長度。
通徑計算器 - 拋物線、橢圓、雙曲線
計算拋物線、橢圓或雙曲線的通徑長度。
通徑範例
四個範例涵蓋三種二次曲線類型。
| 參數 | 通徑 | 二次曲線 / 公式 |
|---|---|---|
| 拋物線,p = 2 | 8 | 拋物線:L = 4p = 4 × 2 = 8。 |
| 橢圓,a = 5, b = 3 | 3.6 | 橢圓:L = 2b²/a = 2 × 9 / 5 = 3.6。 |
| 雙曲線,a = 4, b = 2 | 2 | 雙曲線:L = 2b²/a = 2 × 4 / 4 = 2。 |
| 拋物線,p = 10 | 40 | 拋物線:L = 4p = 4 × 10 = 40。 |
關於通徑計算器
通徑是二次曲線上一條特殊的弦,會通過焦點且垂直於主軸。它的名稱源自拉丁文,意思是「直邊」。三種主要二次曲線——拋物線、橢圓與雙曲線——各自有不同的通徑公式。
對於方程為 y² = 4px 或 x² = 4py 的拋物線,通徑長度就是 4p,其中 p 是從頂點到焦點的距離,也稱為焦參數。通徑連接拋物線上位於焦點正上方與正下方(或正左方與正右方)的兩個點。p 越大,拋物線開口越平緩,通徑也越長。
對於半長軸為 a、半短軸為 b(且 a > b)的橢圓,通徑長度為 2b² / a。這個公式適用於水平橢圓(x²/a² + y²/b² = 1)和垂直橢圓。通徑是通過每個焦點、且垂直於長軸的弦;實際上有兩條這樣的弦,分別對應兩個焦點,而且長度相同。橢圓越狹長(b 相對於 a 越小),通徑越短。
對於半實軸為 a、半共軛軸為 b 的雙曲線,同樣可用 2b² / a 求出每一條通徑的長度。雙曲線有兩個支與兩個焦點,因此也有兩條通徑,每個支各一條。儘管雙曲線的形狀與橢圓差異很大,但只要用 a 和 b 表示,公式其實相同。
通徑是數學與物理中的基礎性質,在許多領域都很重要。在光學中,拋物面反射鏡與天線會把平行光線聚焦到焦點;通徑決定焦點深度處拋物線的寬度,進而影響光學系統的口徑。在天文學中,橢圓軌道的通徑決定天體與焦點(被繞行的恆星或行星)之間的距離,在該位置上速度恰好等於最大與最小軌道速度的平均值。開普勒定律與軌道力學計算也會把通徑作為方便的軌道參數。
這個計算器會自動完成運算:選擇二次曲線類型,輸入對應參數,工具就會立即計算通徑長度。拋物線只需要 p;橢圓或雙曲線則需要 a 和 b。
如何使用通徑計算器
- 從下拉選單選擇二次曲線類型:拋物線、橢圓或雙曲線。
- 如果是拋物線,輸入 p 的值(從頂點到焦點的距離)。如果是橢圓或雙曲線,輸入半長軸 a 和半短軸 b。
- 點擊「計算通徑」即可得到結果。
- 結果會顯示通徑長度以及所用公式(拋物線為 4p,橢圓與雙曲線為 2b²/a)。
- 點擊重設即可清空輸入,並開始新的二次曲線計算。
常見問題
什麼是二次曲線的通徑?
通徑是通過二次曲線一個焦點且垂直於主軸的弦。它的長度是描述二次曲線在焦點處「寬度」的關鍵幾何性質。拋物線的通徑等於 4p,橢圓或雙曲線的通徑等於 2b²/a。
為什麼橢圓和雙曲線會使用相同的公式?
雖然橢圓和雙曲線看起來差異很大,但它們都由包含半軸 a 和 b 的方程描述,而且焦點都距中心 c。通徑長度可以由基本關係 b² = a² − c²(橢圓)或 b² = c² − a²(雙曲線)推導出來,最後都可化簡為 2b²/a。
半長軸和半短軸有什麼差別?
對於橢圓,半長軸 a 是最長直徑的一半,半短軸 b 是最短直徑的一半。對於雙曲線,a 是半實軸(兩個頂點間距離的一半),b 是半共軛軸。對於橢圓,輸入時 a 必須是兩者中較大的那個,才能符合約束。
通徑在天文學中如何使用?
在軌道力學中,行星軌道是以太陽為一個焦點的橢圓。半通徑(通徑長度的一半)把軌道幾何與物理量聯繫起來。它出現在軌道方程 r = l / (1 + e∂cosθ) 中,其中 l 是半通徑,e∂ 是偏心率。它決定真近點角為 90° 時的軌道半徑,也就是行星正與焦點成直角時的距離。
通徑可以用於圓嗎?
圓是橢圓的特例,此時 a = b,偏心率為零。兩個焦點都重合到圓心,穿過圓心的「通徑」長度為 2a,也就是直徑。此計算器面向一般二次曲線;對於圓,只要記住通徑等於直徑。
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