離心率(eccentricity)
/ ek-sen-TRIS-ih-tee /
在所有附著於圓錐曲線的數中,有一個扮演著單一旋鈕的角色,把圓轉成橢圓、再轉成拋物線、再轉成雙曲線。那個旋鈕就是離心率,記為 e(每條曲線各有一個固定數,並非歐拉數 2.718)。它量度一條圓錐曲線偏離完美圓的程度——字面上就是它有多「偏心」。
有兩種等價的讀法。依焦點-準線性質,e 是曲線上每一點的定比(到焦點的距離)/(到準線的距離)。依焦距圖像,e = c/a,其中 c 是焦點到中心的距離、a 是中心到頂點的距離。無論哪種,e 的值都完全分類圓錐曲線:e = 0 是圓(兩焦點合一於中心);0 < e < 1 是橢圓(e 愈接近 0 愈圓,愈接近 1 愈扁);e = 1 是拋物線,那條精確的邊界;e > 1 是雙曲線(e 愈大,張開得愈急)。這是整個家族最乾淨的單一數分類。
離心率是天文學家描述軌道的語言:地球軌道的 e 約 0.017(近乎圓形)、火星約 0.093、哈雷彗星約 0.967(一條很長很細的橢圓),而 e 為 1 或更大的天體則處在一去不返的拋物線或雙曲線掠過軌道上。同一個數在你還沒畫下一個點之前,便告訴你圓錐曲線的全部性格。
對 x^2/25 + y^2/16 = 1:a = 5、b = 4,故 c = sqrt(25 - 16) = 3、e = c/a = 3/5 = 0.6——一個中度壓扁的橢圓。對 x^2/16 - y^2/9 = 1:a = 4、c = sqrt(16 + 9) = 5,故 e = 5/4 = 1.25 > 1——一條雙曲線。任意半徑的圓有 c = 0,故 e = 0。
e = 0 圓、0 < e < 1 橢圓、e = 1 拋物線、e > 1 雙曲線——一個數分類全部。
這個 e(離心率,曲線的性質)與歐拉數 e = 2.718...毫無關係,儘管共用一個字母。此外,離心率較大不代表圓錐曲線較大——它代表形狀較細長;大小與離心率彼此獨立。