卵圆标准方程

更新时间:2024-05-21 13:23

1概述

2卵圆标准方程

卵圆的概念来自于禽鸟类的卵在平面上投影的形状,习惯上称作卵圆。具有一条对称轴;三个参数;一头大一头小,两头不对称,见示意图1。

图1 卵圆示意图是以x轴为对称轴的卵圆标准方程:

(1)式中a、b、c为卵圆的参数,其中a称做长半轴、b称做短半轴、c称做半宽。当a=b时便是椭圆方程,当a=b=c时便是圆方程。

卵圆图形具有方向性,有四种相似标准方程,通过坐标旋转可以得到另三种方程。

3方程推导

卵圆方程是基于椭圆(圆)的图形特征和方程性质,应用一元二次方程待定系数方法确定卵圆的方程系数。

3.1椭圆

3.1.1图形特征

图2 椭圆示意图

椭圆是对称图形,具有两条对称轴。为了便于对卵圆的描述,设:x轴为长=2a,y轴为宽=2c;x轴为对称轴,y轴不限,反之亦然。由于x轴为对称轴,y轴上宽的两点看作是关于原点的对称点。通过对椭圆图形在x轴上进行挤压或拉伸,使x轴上一边的-a点移动到-b点,即a、-b两点与原点不对称,宽保持不变,生成类似于禽鸟类卵的形状——卵圆,见图1。

3.1.2方程特性

根据椭圆知识,由图2可知其标准方程:

椭圆标准方程的基本特性:一是没有乘积项和一次项,是最简单的二元二次方程;二是变量x和y的系数分别为椭圆特征值(a、c)平方的倒数且相等;三是方程系数确定椭圆在坐标轴上点的位置。

3.2系数待定法

椭圆的标准方程系数反映变量在坐标轴上两个点的位置,坐标轴上的两个点必然是方程的两个解。对于长半轴为a的椭圆,当y=0时,由方程(2)得:

式(3)属于简单的一元二次方程。一般情况能够直接得出的两个解: 、 。

代数中,两个解的一元二次方程可以用因式分解乘积式方程表示:

式(3)和式(4)是等价的,只是表达方式不同。由于图形变化,式(3)中系数参数也会发生相应变化,具有不确定性。式(4)属于方程代数式,只与变形的结果相关,结果是确定的。可以利用式(4)确定变形后的方程系数,把这种方法称为系数待定法。

系数待定的具体步骤:设卵圆标准方程变量x的对应系数为u的倒数,代入椭圆标准方程得标准卵圆方程:

当y=0 时,由方程(5)得:

设卵圆在x轴的点分别为:a、-b,则因式分解乘积式方程:

令:方程(6)=(7),故:

化简得:

将(9)代入(5)式得卵圆的标准方程:

4基本性质

卵圆曲线系复合函数方程,是以参数a、b和变量x相关的多项式为半轴与以c为半宽形成的不同椭圆的特定点的集合。

椭圆的最大半轴为a,最小半轴为b,x取值范围 。当x任取一值时,确定一个椭圆方程和在椭圆方程中对应点的y值,这个点也是卵圆曲线上的点。由于x是连续的,所以形成的点的集合属于光滑曲线。

示例,设卵圆的三个参数为:a=5、b=4、c=3。首先,将参数代入式(1)得卵圆方程:

其次,任取一值如 以,先只代入卵圆的方程系数,得特定的椭圆方程:

然后,再以x=1代入特定的椭圆方程算得:y=2.9277。

x 、y的坐标(1,2.9277)点,既是椭圆上的点也是卵圆上的点。x的不同取值得到对应的y值,把得到的点光滑连接起来便是上述卵圆方程的曲线。

卵圆是具有一条对称轴的圆。卵圆的宽偏离对称轴的中点,并把对称轴分成不相等的长、短两个半轴;两端不对称一头大一头小,小头为长半轴,大头为短半轴。当对称轴大于宽时属于长型卵圆,宽大于对称轴时属于扁型卵圆。

卵圆是三参数图形,长半轴以a表示、短半轴以b表示和半宽以c表示;三个参数必须大于0,参数之间相互独立没有隶属关系;三个参数确定卵圆的形状和大小。

长和宽的交点是卵圆的卵心,是确定卵圆的位置和图形分析的参照点。卵圆没有固定的焦点,不能形成动点与定点之间的固定关系。

作图方法:一是电脑编程作图,二是手工描点作图。

参考文献

[1] 刘绍学.数学2圆与方程[M].北京;人民教育出版社.2007;118-122.

[2] 刘绍学.数学选修2-1椭圆 [M].北京;人民教育出版社.2007;38-48.

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