媒介変数の t は何の角か(楕円の離心角と補助円)
楕円 は 、つまり と書けます。
この は、原点とその点を結んだ線の角度ではありません。半径 の円の上で測った角。離心角と呼ばれます[1]。
補助円をかぶせる
楕円の長半径と同じ半径 の円を、中心をそろえて描きます。この円が補助円[1]。
楕円上の点 から 軸に垂線を下ろし、その垂線を上へ延ばして補助円と交わる点を とします。
の座標は 。 は なので、 座標が同じです。
の偏角がちょうど 。楕円は補助円を縦に 倍したものなので、この対応がそのまま媒介変数になります[2]。
実際の偏角とはずれる
の偏角を とすると、。
、 で なら で 。 度もずれています。
と では一致する。軸の上では と が重なるためです。
| 離心角 | の座標 | 偏角 |
|---|---|---|
が実際の偏角とずれるのは、縦だけを 倍しているからです。
横は動かさず縦だけ縮めるので、角度は保たれません。 は縮める前の角度にあたります。
差がいちばん大きくなるのは のあたり。そこから両側へ向かうにつれて縮まります。
小さいほうの円も使う
半径 の円を描くと、こちらは 座標を与えてくれます。
大きい円の上の点 から 座標を、小さい円の上の点 から 座標をとる。
組み合わせた が楕円上の点です。円 2 つと定規だけで、楕円の点が次々に打てる。
例:作図の手順
、 とします。原点から の向きに半直線を引く。
大きい円との交点から真下に線を下ろし、小さい円との交点から真横に線を引きます。
2 本の交わったところが楕円上の点。 です。
角度を ずつ変えて繰り返せば、 個の点が打てます。なめらかにつなげば楕円になる。
だ円コンパスの仕組み
長さ の棒を用意し、その上に点 をとります。 から一方の端までが 、もう一方の端までが 。
だけ離れた端を 軸の上に、 だけ離れた端を 軸の上に置き、両端を軸に沿って滑らせる。
棒が 軸となす角を とすると、 軸側の端は 、 軸側の端は です。
は 軸側の端から だけ進んだ点。内分の計算をすると になります。
棒の傾きが、そのまま離心角。だ円コンパスは、離心角を手で回す道具です。

扇形の面積とのつながり
補助円で、中心から角 ぶんの扇形をとります。面積は 。
縦に 倍すると、面積も 倍になります。楕円の側の扇形の面積は 。
離心角は、中心から見た扇形の面積に比例している。角度としてはずれていても、面積としてはきれいに対応します。
なら 。楕円全体の面積に戻りました。
双曲線には補助円がない
双曲線の媒介変数表示は とも書けます[3]。この にも補助円のような読み方があります。
半径 の円を描き、その円に接する直線を引く。接点から中心を通る直線と、 の縦線との交点をとる形です。
ただし楕円ほど素直ではない。双曲線関数を使う書き方のほうがよく使われます。
補助円の上で測った角。扇形の面積に比例する
原点と点を結んだ線の角。 でずれる
つまずきやすいところ
を偏角だと思って としてしまう誤りが、いちばん多いところ。 が正しい形です。
面積を で出すのも危ないところ。楕円の扇形にこの式は使えません[4]。
焦点から測る角と混ざることもある。極方程式の は焦点から見た角で、離心角とは別のものです。
で離心角が の点はどれですか。
補助円の役割も確かめます。
楕円上の点 と、補助円上の対応する点 について正しいのはどれですか。
- 座標が等しい
- 座標が等しい
- 原点からの距離が等しい
と なので、 座標が共通です。縦の線で結ばれた 2 点になります。
は角度でありながら、楕円の上では角度として見えない。円までさかのぼると正体が分かります。













(4cos60∘, 2sin60∘)=(2, 3) です。cos と sin を入れかえると (23, 1) になってしまいます。