什麼是橢圓標準式計算機?
這個計算機能依據橢圓的中心座標與兩條半軸,自動寫出橢圓的標準式方程式。標準式的好處在於一眼就能看出橢圓的中心、走向與大小,也是進一步求焦點、面積、周長與離心率的起點。本工具適用於任何與座標軸對齊的橢圓,屬於純數學運算,不涉及任何國家或地區的規定,全球通用。
使用方式
先輸入中心座標 \(h\)(x 座標)與 \(k\)(y 座標),接著填入兩條半軸:\(a\) 為沿 x 方向的半軸長,\(b\) 為沿 y 方向的半軸長。計算機會立刻組出方程式,並回報長半軸 A、短半軸 B、焦距 c、離心率 e、面積,以及近似周長。
公式解析
橢圓的標準式為:
$$\frac{\left(x - \text{h}\right)^2}{\text{a}^{\,2}} + \frac{\left(y - \text{k}\right)^2}{\text{b}^{\,2}} = 1$$
\(a\) 與 \(b\) 中較大者即為長半軸 A,較小者為短半軸 B。中心到任一焦點的距離為 \(c = \sqrt{A^2 - B^2}\);離心率 \(e = c / A\)(圓形時為 0,越接近 1 表示橢圓越扁長);面積為 \(\pi \cdot a \cdot b\);周長則採用拉馬努金(Ramanujan)的高精度近似式 $$P \approx \pi (A + B)\left(1 + \frac{3h}{10 + \sqrt{4 - 3h}}\right)$$ 其中 \(h = \frac{(A - B)^2}{(A + B)^2}\)。
範例演算
以中心 (2, −1)、\(a = 5\)、\(b = 3\) 為例,方程式為 $$\frac{(x - 2)^2}{5^2} + \frac{(y + 1)^2}{3^2} = 1$$ 此時 \(A = 5\)、\(B = 3\),故 \(c = \sqrt{25 - 9} = 4\),離心率 \(e = 4/5 = 0.8\),面積 \(= \pi \cdot 5 \cdot 3 \approx 47.12\),周長 \(\approx 25.53\)。
常見問題
哪一條軸才是「長軸」?半軸較長的那一條。若 \(a > b\),長軸為水平方向;若 \(b > a\),則長軸為垂直方向。
如果 a = b 會怎樣?此時橢圓退化為圓形,離心率為 0,兩個焦點重合於中心點。
周長是精確值嗎?橢圓周長沒有有限項的封閉公式;本工具採用拉馬努金近似式,對一般橢圓而言誤差遠小於 0.01%。