楕円
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2022.11.28

(1) 楕円の定義

 x y 座標系に、点F( 4,0 ) と 直線L: x = 25/4 があります。
前者との距離と後者との距離の比が 4:5 になる点P ( xy ) の集まりは、どんな方程式で表せるでしょうか?

点Pと点Fとの距離の2乗 (A): ( x − 4 )2y2
点Pと直線Lとの距離の2乗 (B): ( 25/4 −x )2
A×25 = B×16 だから、
  25 x2 − 200 x + 400 + 25 y2 = 16 x2 − 200 x + 625
よって、
  9 x2 + 25 y2 = 225
よって、
  

この方程式は楕円を表します。 長径が x 軸上にあり、短径が y 軸上にあり、中心が原点にある楕円です。点Fは焦点です。

    


(2) 楕円の性質

 次の方程式で表される楕円があります。
   
 この楕円は、長径が x 軸上にありその長さが 2a で、短径が y 軸上にありその長さが 2b で、中心が原点にあります。

    

    
  
  

「 楕円上の点は、2つの焦点からの距離の和が長径に等しくなっており一定である。」ことは、次の3つの式から導かれます。
  
  
  
よって、
  
よって、
  


 「 楕円の離心率を求めるには、2つの焦点間の距離を長径で割ればいい。」ことは、離心率の分子・分母を2倍するとわかります。

 楕円の扁平率 = ( 長径 − 短径 ) ÷ 長径 であり、離心率より扁平率の方が楕円の形をイメージしやすいと思います。
 短径/長径比 ( b/a ) を用いると、楕円の扁平率は次の式で表されます。
   楕円の扁平率 = 1− b/a