Lai gan abi ir fundamentāli koniski griezumi, kas veidojas, sagriežot konusu ar plakni, tie attēlo ļoti atšķirīgas ģeometriskas uzvedības. Parabolai raksturīga viena, nepārtraukta atvērta līkne ar vienu fokusa punktu bezgalībā, savukārt hiperbola sastāv no diviem simetriskiem, spoguļattēla zariem, kas tuvojas noteiktām lineārām robežām, kas pazīstamas kā asimptotes.
Iezīmes
Parabolām ir fiksēta ekscentricitāte 1, savukārt hiperbolām tā vienmēr ir lielāka par 1.
Hiperbola ir vienīgais koniskais griezums, kurā ir divas pilnīgi atsevišķas daļas.
Tikai hiperbola izmanto asimptotes, lai definētu savu tālsatiksmes uzvedību.
Paraboliskas formas ir zelta standarts virziena signālu fokusēšanai.
Kas ir Parabola?
U-veida atvērta līkne, kur katrs punkts atrodas vienādā attālumā no fiksēta fokusa un taisnes līnijas.
Katrai parabolai ir ekscentricitātes vērtība, kas ir tieši 1.
Līkne bezgalīgi stiepjas vienā vispārējā virzienā, nekad neaizveroties.
Paralēli stari, kas skar parabolisku atstarojošu virsmu, vienmēr saplūst vienā fokusā.
Standarta algebriskā forma parasti tiek izteikta kā y = ax² + bx + c.
Šāviņa kustība vienmērīgā gravitācijas ietekmē dabiski seko paraboliskai trajektorijai.
Kas ir Hiperbola?
Līkne ar diviem atsevišķiem zariem, ko nosaka nemainīga attālumu starpība līdz diviem fiksētiem fokusiem.
Hiperbolas ekscentricitāte vienmēr ir lielāka par 1.
Tam ir divas atšķirīgas virsotnes un divi atsevišķi fokusa punkti.
Formu vada divas krustojošas diagonālas līnijas, ko sauc par asimptotēm.
Tā standarta vienādojums ietver kvadrātā kāpinātu locekļu atņemšanu, piemēram, (x²/a²) - (y²/b²) = 1.
Astronomijā objekti, kas pārvietojas ātrāk par bēgšanas ātrumu, seko hiperboliskām trajektorijām.
Salīdzinājuma tabula
Funkcija
Parabola
Hiperbola
Ekscentricitāte (e)
e = 1
e > 1
Filiāļu skaits
1
2
Fokusu skaits
1
2
Asimptotes
Neviens
Divas krustojošas līnijas
Atslēgas definīcija
Vienāds attālums līdz fokusam un virzienam
Konstanta atšķirība starp attālumiem līdz fokusiem
Vispārīgais vienādojums
y = ax²
(x²/a²) - (y²/b²) = 1
Atstarojošais īpašums
Apkopo gaismu vienā punktā
Atstaro gaismu prom no vai pret otru fokusu
Detalizēts salīdzinājums
Ģeometriskā konstrukcija un izcelsme
Abas formas rodas, krustojot plakni ar dubulto konusu, taču atšķirību rada leņķis. Parabola rodas, kad plakne ir pilnīgi paralēla konusa malai, radot vienu līdzsvarotu cilpu. Turpretī hiperbola rodas, kad plakne ir stāvāka, šķeļot abas dubultā konusa puses, radot divas spoguļlīknes.
Izaugsme un robežas
Parabola, attālinoties no virsotnes, kļūst arvien platāka, taču robežā tā neiet taisnā līnijā. Hiperbolas ir unikālas, jo tās galu galā nostabilizējas ļoti paredzamā taisnas līnijas pieaugumā. Šīs līknes arvien vairāk tuvojas savām asimptotēm, tās nekad nepieskaroties, piešķirot tām "plakanāku" izskatu lielos attālumos, salīdzinot ar parabolas dziļo līkni.
Fokuss un refleksīvā dinamika
Tas, kā šīs līknes apstrādā gaismas vai skaņas viļņus, ir būtiska inženierzinātņu atšķirība. Tā kā parabolai ir viens fokuss, tā ir ideāli piemērota satelītantenām un lukturīšiem, kur signāli ir jākoncentrē vai jāstartē vienā virzienā. Hiperbolām ir divi fokusi; stars, kas vērsts uz vienu fokusu, atstarosies no līknes tieši uz otru, kas ir princips, ko izmanto progresīvos teleskopu dizainos.
Reālās pasaules kustība
Parabolas var redzēt katru dienu mestas basketbola bumbas vai strūklakas straumes ceļā. Hiperbolas ir retāk sastopamas uz Zemes, taču tās dominē dziļajā kosmosā. Kad komēta šķērso Sauli ar pārāk lielu ātrumu, lai to notvertu eliptiskā orbītā, tā riņķo hiperboliskā lokā, uz visiem laikiem ieejot un izejot no Saules sistēmas.
Priekšrocības un trūkumi
Parabola
Iepriekšējumi
+Vienkārša vienādojuma struktūra
+Lieliski piemērots enerģijas koncentrēšanai
+Paredzama šāviņu modelēšana
+Plašs inženiertehniskais pielietojums
Ievietots
−Ierobežots vienā virzienā
−Nav lineāru asimptotēm
−Mazāk sarežģīti orbitālie ceļi
−Vienskaitļa fokusa punkts
Hiperbola
Iepriekšējumi
+Modelē savstarpējās attiecības
+Divkāršā fokusa daudzpusība
+Apraksta evakuācijas ātrumu
+Izsmalcinātas optiskās īpašības
Ievietots
−Sarežģītāka algebra
−Nepieciešams asimptotu aprēķins
−Grūtāk vizualizēt
−Divdaļīga nesadalīta forma
Biežas maldības
Mīts
Hiperbola ir tikai divas parabolas, kas ir vērstas viena pret otru.
Realitāte
Šī ir bieži pieļauta kļūda; lai gan tās izskatās līdzīgas, to izliekums matemātiski atšķiras. Hiperbolas iztaisnojas, tuvojoties asimptotēm, savukārt parabolas laika gaitā turpina izliekties asāk.
Mīts
Abas līknes galu galā aizveras, ja ejat pietiekami tālu.
Realitāte
Neviena no līknēm nekad neaizveras. Atšķirībā no apļa vai elipses, šie ir "atvērti" koniski, kas stiepjas līdz bezgalībai, lai gan tie to dara ar atšķirīgu ātrumu un leņķiem.
Mīts
Hiperbolas "U" forma ir identiska parabolas "U" formai.
Realitāte
Hiperbolas "U" burts galos faktiski ir daudz platāks un plakanāks, jo to ierobežo diagonāles, savukārt parabolu ierobežo direktrise un fokuss.
Mīts
Parabolu var pārvērst hiperbolā, mainot vienu skaitli.
Realitāte
Tas prasa būtiskas izmaiņas ekscentricitātē un mainīgo lielumu savstarpējās attiecībās. Pāreja no e=1 uz e>1 maina pašu plaknes un konusa krustošanās veidu.
Bieži uzdotie jautājumi
Kā es varu uzreiz pateikt atšķirību starp viņu vienādojumiem?
Apskatiet kvadrātā kāpinātos locekļus. Parabolā tikai viens mainīgais (x vai y) ir kvadrātā, piemēram, y = x². Hiperbolā gan x, gan y ir kvadrātā, un tos atdala mīnusa zīme, piemēram, x² - y² = 1. Šī atņemšana ir hiperbolas izšķirošais faktors.
Kāpēc satelītantenā hiperbolas vietā tiek izmantota parabola?
Parabolai ir unikāla īpašība – visi ienākošie paralēlie viļņi atstarojas tieši no viena un tā paša punkta (fokusa). Tas rada spēcīgu, koncentrētu signālu. Hiperbola atstarotu šos viļņus tā, it kā tie nāktu no otra fokusa, kas nav noderīgi vienam uztvērējam.
Kurš no tiem tiek izmantots, lai aprakstītu komētas trajektoriju?
Tas ir atkarīgs no komētas ātruma. Ja komētu Saules gravitācija "notver" cilpā, tā ir elipse. Tomēr, ja tā ir vienreizēja viešņa, kas pārvietojas ātrāk par bēgšanas ātrumu, tā seko hiperboliskam ceļam. Perfekti parabolisku orbītu reti var redzēt, jo tai ir nepieciešams precīzs, noteikts ātrums.
Vai hiperbolām vienmēr ir divas daļas?
Jā, pēc definīcijas hiperbola ir visu punktu kopa, kur attālumu starpība līdz diviem fokusiem ir konstanta. Šī matemātika dabiski rada divus atsevišķus, simetriskus zarus. Ja redzat tikai vienu zaru, visticamāk, skatāties uz noteiktu funkciju vai pavisam citu konusu.
Vai parabolā ir asimptotes?
Nē, parabolām nav asimptotu. Lai gan tās kļūst stāvākas, tās neieņem taisnu trajektoriju. Tās turpina "liekties" mūžīgi, atšķirībā no hiperbolas, kas galu galā atspoguļo savu asimptotu slīpumu.
Kas vienkāršoti ir vārds "ekscentriskums"?
Ekscentricitāti var uztvert kā līknes "neapļveida" mēru. Aplis ir 0. Elipse ir starp 0 un 1. Parabola ir ideāls lūzuma punkts tieši pie 1, un hiperbola ir jebkas, kas pārsniedz šo vērtību, attēlojot vēl "atvērtāku" līkni.
Vai hiperbola var būt taisnstūrveida?
Jā, "taisnstūrveida hiperbola" ir īpašs gadījums, kad asimptotes ir perpendikulāras viena otrai. Tas parasti ir redzams y = 1/x grafikā, kas ir hiperbola, kas pagriezta par 45 grādiem.
Kāds ir hiperboliskas formas piemērs no reālās dzīves?
Visizplatītākais piemērs ir ēna, ko uz sienas met standarta abažūrs. Gaisma veido hiperbolu, jo gaismas konusu šķeļ sienas vertikālā plakne.
Spriedums
Izvēlieties parabolu, ja strādājat ar optimizāciju, atstarojošo fokusu vai standarta gravitācijas kustību. Izvēlieties hiperbolu, modelējot sakarības, kas ietver nemainīgas atšķirības, divzaru sistēmas vai ātrgaitas orbitālās trajektorijas, kas izkļūst no centrālās masas.