双曲線の定義 - 焦点からの距離の差が一定である点の集まり
つの定点からの距離の差が一定になる点を集めると、双曲線になります。
点 , が焦点。絶対値が付いているのは、どちらが近いかで差の符号が変わるためです。この符号の違いが、 本の枝に対応します。
点が右の枝にいるあいだは左の焦点のほうが遠く、左の枝へ移ると逆になります。それでも 本のバーの差は変わりません。差の値が です。
楕円との対比
同じ 定点でも、和をとるか差をとるかで別の曲線になります。
。 焦点を結ぶ線分より長い糸で結ぶので、点は 焦点を囲む閉じた曲線を描く。。
。差なので点は焦点から遠ざかることができ、曲線は 本に分かれて開く。。
と の大小が逆になっている点が要です。楕円では 、双曲線では となるのは、この違いから来ています。
差が存在する条件
定点の距離を とすると、差 は より小さくなければなりません。
三角形の 辺の差は残りの 辺より小さい、という事実がそのまま効いています。 なら軌跡は 焦点の外側の半直線になり、 なら点が存在しません。
楕円では逆に が必要でした。 で線分に潰れ、それより小さいと点がなくなります。
定義から方程式を導く
焦点を , とし、差を とします。
片方を移項して 乗します。
展開して整理すると 、つまり です。
もう一度 乗します。
。 が消えて
ここで なので は負です。 と置くと 、両辺を で割って
楕円のときとまったく同じ計算で、 の符号だけが違いました。その符号が の前のマイナスになります。
が斜辺、 と が直角をはさむ 辺です。楕円では が斜辺でしたが、双曲線では が斜辺になります。 を伸ばせば が縮み、焦点までの距離は変わりません。
例で式を作る
焦点が 、距離の差が の双曲線を求めます。
から 、。 です。
頂点は 、漸近線は 。, , の直角三角形が現れました。
焦点が 、差が なら縦に開きます。, 、。式は です。
逆に差を読む
の 焦点からの距離の差を求めます。
なので差は 。 から 、焦点は です。
頂点 で確かめます。右の焦点まで 、左の焦点まで 、差は 。合っています。
定義に戻ると速い問題
上の点 について、右の焦点までの距離が のときの左の焦点までの距離を求めます。
差が と分かっているので、左までは 。座標を求める必要はありません。
ただし は負になるので不適。 が右の枝にあることが、この時点で決まっています。
差が一定という性質の使われ方
地点で音や電波の到達時刻の差を測ると、発信源までの距離の差が分かります。差が一定の点は双曲線を描くので、発信源はその曲線上にあると絞れます。
もう 組の観測点で別の双曲線を引き、 本の交点をとれば位置が決まる。船舶や航空機の位置決定に使われてきた仕組みです。
楕円が「和が一定」で閉じた形になるのに対し、双曲線の「差が一定」は測定の差から位置を絞るという使い道につながっています。













