y=x2−1 双曲線の上半分 y=x2−1
y=x2−1 は、直角双曲線 x2−y2=1 の上半分です1。y=x2+1 が一本につながった曲線であるのに対し、根号の中の符号が変わるだけで、左右に切り離された二つの枝になります。
定義域と値域
- 定義域は x≤−1 または x≥1
- 値域は y≥0
- 偶関数
- −1<x<1 には曲線がない
| x | y |
|---|
| ±1 | 0 |
| ±2 | 1 |
| ±2 | 3 |
双曲線としての要素
下半分とあわせた x2−y2=1 全体は x 軸にも原点にも対称です。
| 要素 | 値 |
|---|
| 頂点 | (±1,0) |
| 焦点 | (±2,0) |
| 離心率 | 2 |
| 漸近線 | y=±x |
漸近線
x2−1−x=x2−1+x−1 は x→+∞ で 0 に近づくので、直線 y=x が漸近線です。左の枝では y=−x が漸近線になります。この二本は直交しており、それがこの曲線を直角双曲線と呼ぶ理由です。
接線と凹凸
導関数は y′=x2−1x で、x→1+ では +∞ に発散します。つまり頂点での接線は垂直です。二階導関数は y′′=−(x2−1)3/21 でつねに負なので、どちらの枝も上に凸になります。
| 曲線 | 定義域 | 凹凸 |
|---|
| y=x2+1 | すべての実数 | 下に凸 |
| y=x2−1 | ∣x∣≥1 | 上に凸 |
同じ漸近線をもちながら曲がる向きが反対になっています。
逆関数
x≥1 の枝で y=x2−1 を x について解くと x=y2+1 です。つまりこの枝と、y=x2+1 の x≥0 の部分は互いに逆関数であり、2 つのグラフは直線 y=x に関して対称に重なります。
双曲線関数との関係
x=cosht、y=sinht とおくと cosh2t−sinh2t=1 より、この点はつねに x2−y2=1 の上にあります。右の枝は t が実数全体を動くときの軌跡そのもので、上半分は t≥0 にあたります。双曲線関数という名は、まさにこの曲線を媒介変数表示することから来ています。
さらに、原点と (1,0) と (cosht,sinht) が定める双曲線扇形の面積はちょうど 2t です。単位円で角 θ が扇形の面積の 2 倍であることと、そのまま対応しています。
応用
二つの定点からの距離の差が一定である点の軌跡が双曲線です。
- 二つの局からの電波の時間差で位置を求める双曲線航法2
- 一定の固有加速度で運動する物体の世界線
- x 軸のまわりに回転させて得られる二葉双曲面
- Hyperbola、Wikipedia
- Hyperbolic navigation、Wikipedia