在平面几何中,若一个点的集合到平面内两个固定点F1和F2的距离之和恒为一个固定的常数(且该常数大于这两个定点之间的距离),则这个点的集合所形成的图形被称为椭圆。这两个固定的点在椭圆的几何定义中具有特殊的意义,被称为椭圆的焦点,而这两个焦点之间的距离则被定义为椭圆的焦距。从几何性质上来看,椭圆不仅具有轴对称性,同时也具备中心对称性。基于这一特性,我们可以选择经过椭圆的两个焦点F1和F2的直线作为x轴,同时选取这两个焦点所构成线段的垂直平分线作为y轴,从而建立一个平面直角坐标系,具体示意图请参考相关教材或资料。
假设椭圆的焦距为2c(其中c是一个正数),那么根据坐标系的定义,焦点F1和F2的坐标可以分别表示为(-c,0)和(c,0)。根据椭圆的定义,椭圆上的任意一点M到两个焦点F1和F2的距离之和等于一个常数2a(a同样是一个正数),用数学语言表达即|MF1| + |MF2| = 2a。由椭圆的定义可以推导出,2a大于2c,且2c大于0,即a大于c,c大于0。进一步地,这一关系可以表示为a² – c² = b²,其中b也是一个正数。a > b > 0当椭圆的焦点F1和F2位于x轴上时,它们的坐标分别为(-c,0)和(c,0)。类似地,如果选择经过椭圆两个焦点F1和F2的直线作为y轴,而将这两个焦点所构成线段的垂直平分线作为x轴,建立平面直角坐标系,那么可以得到椭圆的另一标准方程。在这种坐标系下,椭圆的两个焦点F1和F2的坐标分别为(0,-c)和(0,c)。(a > b > 0)范围-a ≤ x ≤ a
-b ≤ y ≤ b
对称性x轴和y轴都被视为椭圆的对称轴,而坐标原点则是椭圆的对称中心,也简称为中心。
定点椭圆与它的对称轴相交的四个点A1、A2、B1、B2被称为椭圆的顶点,而连接A1和A2的线段A1A2以及连接B1和B2的线段B1B2则分别被称为椭圆的长轴和短轴,它们的长度分别为2a和2b。其中,a和b分别是椭圆的长半轴长和短半轴长。值得注意的是,椭圆的焦点总是位于它的长轴上。
特别地,由于a、b、c之间满足关系式b² + c² = a²,因此长度分别为a、b、c的三条线段可以构成一个直角三角形。
离心率椭圆的焦距与长轴长度的比值c/a被定义为椭圆的离心率,通常用e来表示。即
离心率
由于a大于c且c大于0,因此可以得出0
离心率e的大小能够反映出椭圆的扁平程度。