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数学C

平面上の曲線(2 次曲線・媒介変数・極座標)の練習問題

放物線・楕円・双曲線の標準形と焦点の公式を整理し、接線・媒介変数表示・極座標まで練習しましょう。

基礎・標準:高校3年・1学期/発展:高校3年・受験期

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数学の問題ジェネレーター

レベル

放物線

定点 F\mathrm{F}(焦点)と定直線 ℓ\ell(準線)から等距離にある点の軌跡が放物線です。

公式
y2=4px⋯焦点 (p, 0), 準線 x=−py^2 = 4px \quad\cdots\quad \text{焦点 } (p,\ 0),\ \text{準線 } x = -p
x2=4py⋯焦点 (0, p), 準線 y=−px^2 = 4py \quad\cdots\quad \text{焦点 } (0,\ p),\ \text{準線 } y = -p

楕円と双曲線

楕円 x2a2+y2b2=1 (a>b>0)\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1\ (a > b > 0)

焦点 (±a2−b2, 0)(\pm\sqrt{a^2 - b^2},\ 0)、長軸の長さ 2a2a、短軸の長さ 2b2b。楕円上の点から 2 焦点までの距離の和は 2a2a。

双曲線 x2a2−y2b2=1 (a>0, b>0)\dfrac{x^2}{a^2} - \dfrac{y^2}{b^2} = 1\ (a > 0,\ b > 0)

頂点 (±a, 0)(\pm a,\ 0)、焦点 (±a2+b2, 0)(\pm\sqrt{a^2 + b^2},\ 0)、漸近線 y=±baxy = \pm\dfrac{b}{a}x。双曲線上の点から 2 焦点までの距離の差は 2a2a。

注意

楕円は a2−b2\sqrt{a^2 - b^2}、双曲線は a2+b2\sqrt{a^2 + b^2} です。符号を取り違えやすいので注意しましょう。

接線と平行移動

曲線上の点 (x1, y1)(x_1,\ y_1) における接線は、次の形で覚えておくと便利です。

x1xa2+y1yb2=1,x1xa2−y1yb2=1,y1y=2p(x+x1)\frac{x_1x}{a^2} + \frac{y_1y}{b^2} = 1,\qquad \frac{x_1x}{a^2} - \frac{y_1y}{b^2} = 1,\qquad y_1y = 2p(x + x_1)

傾きが与えられた接線や、直線との共有点の個数は、直線の式を代入した 2 次方程式の判別式で調べます。4x2+9y2−8x+36y+4=04x^2 + 9y^2 - 8x + 36y + 4 = 0 のような式は、平方完成して (x−1)29+(y+2)24=1\dfrac{(x-1)^2}{9} + \dfrac{(y+2)^2}{4} = 1 のような平行移動の形にします。

媒介変数表示と極座標

楕円 x2a2+y2b2=1\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1 は x=acos⁡θx = a\cos\theta, y=bsin⁡θy = b\sin\theta と表せます。媒介変数を消去するときは cos⁡2θ+sin⁡2θ=1\cos^2\theta + \sin^2\theta = 1 を使います。

極座標と直交座標
x=rcos⁡θ,y=rsin⁡θ,r2=x2+y2x = r\cos\theta,\qquad y = r\sin\theta,\qquad r^2 = x^2 + y^2

極方程式 r=4cos⁡θr = 4\cos\theta は、両辺に rr を掛けて x2+y2=4xx^2 + y^2 = 4x(中心 (2, 0)(2,\ 0)、半径 22 の円)になります。