第 三 章 · 选择性必修第一册

圆锥曲线的方程

用平面去切圆锥:切出椭圆、双曲线、抛物线。它们的定义都源于"距离"——和为定值、差为定值、到一点与到一条线相等。离心率 e 把三兄弟排成一列:e<1 椭圆,e=1 抛物线,e>1 双曲线。

3.1 椭圆

概念到两焦点距离之和为定值

定义:|PF₁| + |PF₂| = 2a(常数)且 2a > |F₁F₂| = 2c。
标准方程:x²/a² + y²/b² = 1(焦点在 x 轴,a > b > 0),其中 b² = a² − c²;焦点在 y 轴时 x、y 互换。
离心率:e = c/a ∈ (0, 1)——e 越小越圆,越接近 1 越扁。
长轴 2a、短轴 2b、焦距 2c;顶点 (±a, 0)、(0, ±b)。

操作椭圆绳长绘制器 ⭐(拖动 P)

把一条长 2a 的"绳"两端钉在焦点 F₁、F₂ 上,笔尖绷紧绳画出的就是椭圆。拖动 P 验证 |PF₁| + |PF₂| 恒等于 2a:

把 c 拖到接近 a:椭圆越来越扁(e → 1);把 c 拖到 0:两焦点重合,椭圆变成圆(e = 0)——圆是椭圆的特例。

随堂检测3.1 小测

3.2 双曲线

概念到两焦点距离之差为定值

定义:||PF₁| − |PF₂|| = 2a(常数)且 2a < 2c。
标准方程:x²/a² − y²/b² = 1(焦点在 x 轴),其中 c² = a² + b²(注意是加号!)。
渐近线:y = ±(b/a)x——双曲线无限接近但永不相交。
离心率:e = c/a > 1,e 越大开口越阔。

操作双曲线绘制器(拖动 P)

拖动 P(在右支上),观察 差 |PF₁| − |PF₂| 恒等于 2a;虚线是渐近线,P 无论拖多远只能贴近它:

随堂检测3.2 小测

3.3 抛物线

概念到焦点 = 到准线

定义:到定点 F(焦点)与到定直线 l(准线)距离相等的点的轨迹。
标准方程:y² = 2px(p > 0):焦点 F(p/2, 0),准线 x = −p/2,开口向右。
离心率 e = 1。四种开口方向对应四个标准方程(y² = ±2px、x² = ±2py)。

操作抛物线绘制器(拖动 P)

拖动曲线上的 P:到焦点 F 的距离(红线段)与到准线的距离(黄色水平线段)永远相等:

随堂检测3.3 小测