拋物線計算器
計算鉛直拋物線的頂點、焦點、準線、對稱軸、焦距與開口方向。
分析拋物線
輸入一般式或頂點式的係數,計算拋物線的幾何性質。
使用 y = ax² + bx + c。
關於拋物線
拋物線是平面上到一個定點與一條定直線距離相等的點所形成的集合;定點稱為焦點,定直線稱為準線。這個幾何定義產生二次函數常見的U形曲線。每條鉛直拋物線都有一條通過頂點的鉛直對稱軸。二次項係數為正時開口向上,為負時開口向下。
一般式將函數寫成 y = ax² + bx + c,其中a不能為零。頂點的x坐標為-b除以2a,再將此坐標代入方程式,即可求得頂點的y坐標。本計算器使用等價式 k = c - b²/(4a)。一般式可直接看出y截距為c,而a的正負與大小決定曲線的方向和寬窄。
頂點式將同一類函數寫成 y = a(x - h)² + k。頂點可直接讀出為(h, k),對稱軸為 x = h。完成配方或將 y = x² 的圖形平移後,這種形式尤其方便。a的絕對值越大,圖形越窄;絕對值在零與一之間時,圖形較寬。改變a的正負號,相當於將曲線對通過頂點的水平線鏡射。
焦點與準線取決於焦參數p。對鉛直的函數型拋物線而言,p等於1除以4a。焦點為(h, k + p),準線為水平直線 y = k - p。p的絕對值是焦距,也就是頂點到焦點或準線的距離。較窄的拋物線焦距較短,較寬的拋物線焦距較長。
涉及二次關係或反射性質時,常會出現拋物線。忽略空氣阻力時,拋射物的軌跡近似拋物線。衛星天線、無線電天線、望遠鏡反射鏡、汽車頭燈與太陽能集光器會使用拋物面反射器,因為平行於軸線的光線會反射至焦點。在解析幾何中,知道頂點、對稱軸、焦點與準線,就能完整描述曲線的位置和形狀。
本計算器處理以x的函數表示的鉛直拋物線。橫向拋物線則以x作為y的函數,需要水平對稱軸、鉛直準線,以及不同位置的焦點。對支援的形式,請輸入非零的a與其餘係數。結果以經過四捨五入的小數呈現主要幾何性質,適合繪圖與核對。
拋物線範例
| 方程式 | 主要性質 | 說明 |
|---|---|---|
| y = x² - 4x + 3 | 頂點(2,-1),焦點(2,-0.75) | 二次項係數為正,因此拋物線開口向上。 |
| y = -0.25(x - 3)² + 2 | 頂點(3,2),焦點(3,1) | 此處 p = -1,因此準線為 y = 3。 |
| y = 2x² + 8x + 5 | 頂點(-2,-3),焦點(-2,-2.875) | 對稱軸為 x = -2,焦距為0.125。 |
如何使用拋物線計算器
- 若為 y = ax² + bx + c,選擇一般式;若為 y = a(x - h)² + k,選擇頂點式。
- 輸入係數a,以及所選形式顯示的另外兩個數值。
- 確認a不為零,因為零值描述的是直線,而非拋物線。
- 點選「分析拋物線」,查看頂點、焦點、準線、對稱軸、焦距與開口方向。
拋物線常見問題
如何從一般式求頂點?
先計算h為-b除以2a,再求函數在h處的值,得到k。頂點為序對(h, k)。
什麼決定拋物線開口向上或向下?
係數a的正負號決定方向。a為正時開口向上,為負時開口向下。
如何計算焦點與準線?
先計算p為1除以4a。對頂點(h, k)而言,焦點為(h, k + p),準線為 y = k - p。
為何係數a不能等於零?
若a為零,平方項會消失,方程式變為一次形式。直線圖形沒有拋物線的頂點、焦點或準線。
計算器支援橫向拋物線嗎?
不支援,本工具分析將y寫成x函數的鉛直拋物線。橫向拋物線需要以x為應變數的形式,且具有水平對稱軸。