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応用分野: 離心率2次曲線の分類円錐曲線退化円錐2次曲線の標準化2次曲線の標準化の定理1の証明2次曲線の標準化の定理2の証明

2次曲線 (quadratic curve)

xy 平面において,次の x , y の2次式

ax2 +2bxy +cy2 +2dx+2ey+f =0 ,   (a,b,c) (0,0,0)     ······ (1)

を満たす点 (x,y) が描く図形を 2次曲線 (quadratic curve) という( a , b , c , d , e , f :実数係数).

例) Δx2 2 1Δx +y2 =1
Δ<0 :双曲線
Δ=0 :放物線
0<Δ1 :楕円
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一般に,2次曲線は判別式 Δ=acb2 によって,楕円・双曲線・放物線に分類される(2次曲線の分類).

  • Δ>0      楕円 (ellipse)   ※ 円を含む
  • Δ=0      放物線 (parabola)
  • Δ<0      双曲線 (hyperbola)

幾何学的には,平面において,定点 F からの距離と,この点を通らない直線 L からの距離との比が一定である点の軌跡が2次曲線を表し,その比を離心率 (eccentricity) という.このとき, F 焦点 (focus) L 準線 (directrix) という.2次曲線はその離心率 ε によっても,以下のように分類される.

  • 0ε<1      楕円    ※ 円を含む (ε=0)
  • 0ε=1      放物線
  • 0ε>1      双曲線

これらの2次曲線は,円錐 (conic) を,円錐の頂点を通らない任意の平面で切断したときの円錐断面 (conic section) に現れる図形として得られるため円錐曲線 (conic curve) とも呼ばれる.


〇 退化と非退化

式(1)の係数の値によっては,式(1)は直線や点として表されることがあり,それらの特別な場合の図形を退化2次曲線(または退化円錐(degenerate conic) という.これらは,円錐を,円錐の頂点を通る平面で切断したときの切り口に現れる図形に相当する.

  • Δ>0 の特別な場合:
    式(1) ⇒   ( xx0 α ) 2 + ( yy0 β ) 2 =0   ( α0 , β0 )     点 ( x0,y0 )

  • Δ<0 の特別な場合:
    式(1) ⇒   ( xx0 α ) 2 ( yy0 β ) 2 =0   ( α0 , β0 )   平行でない2直線(交点 ( x0,y0 )

  • Δ=0 の特別な場合:
    式(1) ⇒   (xx0) 2 α2 =0   または   (yy0) 2 β2 =0
       平行な2直線( α=0 または β=0 のときは重なった1つの直線)

退化2次曲線に対して,楕円・双曲線・放物線のいずれかに分類される2次曲線を非退化2次曲線(または非退化円錐)(non-degenerate conic) といい,一般に,2次曲線は非退化2次曲線のことを指す.


〇 図形が描けない場合

実数の範囲において,式(1)を満たす解 (x,y) が存在しないこともある. Δ>0 のとき

式(1) ⇒   ( xx0 α ) 2 + ( yy0 β ) 2 +γ2 =0   ( α0 , β0 , γ0 )

となる場合や, Δ=0 のとき

式(1) ⇒   (xx0) 2 +α2 =0   ( α0 )  または   (yy0) 2 +β2 =0   ( β0 )

となる場合であり,これらの場合は実平面上で図形が描けない.


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最終更新日:2025年10月4日

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