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数学文化之旅95:离心率定义的由来

(2018-12-19 14:54:40)
分类: 名师论坛

古希腊出现了世界三大难题:任意角三等分;化圆为方;倍立方。其中圆锥曲线就是在研究“倍立方问题”中发现的。当时人只可画出圆,他们以离心的大小来描述。纵观数学发展史,离心率最早就是为描述太阳系中行星运行轨道的形状而引入的,又称偏心率,即指某一椭圆轨道与理想圆环的偏离程度。

在太阳系中,行星是绕着以太阳为焦点的椭圆形轨道运行的,通俗的讲偏心率就是衡量行星偏离太阳的程度。而行星和太阳的距离是变化的,其中在近日点处离太阳最近,偏离距离为a-c,远日点处离太阳最远,偏离距离为a+c。显然不能直接用最近距离和最远距离表示偏心率,因为这两个值不仅和运行轨道的圆扁程度有关,还受轨道大小的影响。于是想到了用比值【a+c-(a-c)】/【a+c+(a-c)】=2c/2a=c/a,此值和椭圆大小无关却能很好地刻画椭圆的圆扁程度。关键是这种约定与椭圆的第一定义和第二定义非常合拍,更能体现离心率的实质!

    (本文参考吕增锋老师《走进数学概念教学的“你岸部落”》整理)

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