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圆锥截面的光学特性

假设点F1的坐标为(-c,0),点F2的坐标为(-c,0)。切线PP1的方程可写为:

根据反射定律,入射角等于反射角。可以看出,F1P和PP1之间的角度等于PP1和F2P之间的角度。夹角正切的计算公式为:

也就是说,长轴上有一对唯一的点。以椭圆的中心为对称中心,从F1点出发的光线可以通过椭圆反射到另一点。这两点的坐标为(-c,0),(c,0)满足c2=a2-b2,这两点称为椭圆的焦点。

同理,我们可以得到双曲线也有两个点(-c,0)、(c,0),满足c2=a2+b2,是双曲线的焦点。证明留给读者。

尽管可以通过解析方法证明圆锥曲线的光学性质,但纯几何方法很简单。下面根据阿波罗尼乌斯的经典方法给出证明。

作图方法:设P为椭圆上任意一点,F1和F2为椭圆的两个焦点,经过点F1,P连接直线F1,连接线段P和F2,令F'在椭圆上线段F1P的延长线,做F'PF2的平分线l,则l是椭圆过点P的切线。

证明:

取l上任意一点P’,在PF’上截取PF’=PF2

F2PP’F’PP’,

F1F’=F1P+PF’=F1P+PF2

在三角形F1P'F' 中

FF’

因此F1P’+P’F2F1P+PF2

因此,P'一定在椭圆之外,这样直线l只与椭圆相交于P点,所以l确实是一条切线。

推论:假设PD是经过点P的法线,则F1PD=F2PD

同理,假设双曲线P右半分支上的任意点是过P的F1PF2的角平分线l,则证明l是双曲线的切线。

考虑三角形F1F'P'

F1F’=F1P-PF2

F1F2'F1P'-P'F',即F1P-P2F1P'-P'F2,所以P'一定在双曲线两条分支所夹的区域内,所以l是切线,假设PD是法线,可得: F2发出的光在P点反射后在F1点成虚像。

圆锥曲线光学性质与准线

Q是ABC中BC上的一点,则BQ平分ABC的充要条件是:BA:BC=BQ:QC。

利用上述定理,我们将解释圆锥曲线的准线。

以双曲线为例:设切线为P1T,P1点坐标为(x1,y1)

下面我们证明式(2)的比值是一个常数:

用户评论

墨染年华

这篇文章讲得真透彻!我一直对圆锥曲线的现象感兴趣,没想到它们在光学里有这么重要的应用。看完之后感觉开阔了不少眼界!

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冷月花魂

以前只知道圆锥曲线是数学中的概念,没想过它和光学有联系。这个标题勾起了我的好奇心,赶紧去看下内容吧!希望文章能够解释清楚,让我能更好地理解两者之间的关系。

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苍白的笑〃

我记得小时候学习几何的时候接触过圆锥曲线,但后来就忘记很多了。这篇文章能不能简单介绍一下它们的基本定义?然后再来深入探讨光学特性啊~

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为爱放弃

这个标题听起来很有意思啊!我平时很少关注光学方面的知识,不知道圆锥曲线在这方面具体有什么作用?期待文章能讲得详细一点!

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抓不住i

我一直觉得光学是门非常有趣的学科,尤其是它与其他学科的交叉领域。希望这篇文章能够让我对圆锥曲线的光学特性有更深入的理解。

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花海

感觉文章要讲的东西好生僻啊!我更喜欢一些常见的摄影知识,这些理论知识对我来说太抽象了,难以理解。

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念旧情i

学习物理的时候接触过圆锥曲线的光合作用,但是内容不是很有深度,这篇文章是否能提供更详细的解释?这样可以更好地巩固我的知识点。

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七夏i

我感觉标题写的有些学术化,很难让人直接明白文章要讲什么。建议稍微调整一下标题,让它更吸引人。

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聽風

文章内容能不能结合一些图片或视频来辅助理解呢?光看文字有时候会比较难以理解这些复杂的理论知识。尤其是一些关于光的折射和反射的现象,可以用动图来展现更好!

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素颜倾城

这个圆锥曲线的光学特性很有用吗?现实生活中有哪些应用场景呢?希望文章能够详细介绍它们在实际领域的运用吧!

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青山暮雪

感觉这个标题有点冷冰冰的,建议换个更活泼的标题,能引起读者更多的阅读兴趣。比如“你不知道圆锥曲线也能控制光!” 这样的标题更吸引人!

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゛指尖的阳光丶

我对这些理论知识没太大兴趣啊,还是想看一些实用的技巧和方法吧。希望文章能够介绍一些与我的生活更加相关的应用场景。

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怅惘

我希望这篇文章能给出一些具体的案例来解释圆锥曲线的光学特性,这样才能更直观地理解它们之间的关系!

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泡泡龙

真是太棒了!终于有人研究了圆锥曲线的光学特性。我从很久以前就开始对这个话题感兴趣了,期待看到你文章的精彩内容!

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黑夜漫长

这篇文章写得太深入了!我一个 layman 完全看不懂,建议把一些复杂的概念用通俗易懂的语言解释一下,方便大众理解。

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念初

我对光学很感兴趣,尤其是在生物领域的应用。不知道圆锥曲线的光学特性是否可以用在生物领域?期待文章能扩展到这种方向!

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逾期不候

我很好奇这种理论如何应用在实际生活中?比如手机摄像头、望远镜这类器械都能用到吗?希望文章能够提供一些具体的例子。

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