椭圆离心率e的公式推导过程如下:
椭圆的离心率e可以表示为c/a,其中c为焦点到中心的距离,a为长轴的半径。
我们知道,椭圆的焦点到中心的距离c和长轴半径a、短轴半径b满足勾股定理,即c^2=a^2-b^2。
将c^2代入e的公式,得到e=(c^2/a^2)^(1/2)=(a^2-b^2/a^2)^(1/2)。
因为a>b,所以e=(a^2-b^2/a^2)^(1/2)<1。
当b趋近于0时,e趋近于1;当a、b都趋近于0时,e趋近于0。
因此,离心率e反映了椭圆的扁平程度。
椭圆的离心率公式为e=frac{c}{a},其中a为椭圆的长半轴,c为椭圆的焦距。
推导过程如下:
假设椭圆的标准方程为frac{x^2}{a^2}+frac{y^2}{b^2}=1,其中a>b>0。
根据椭圆的定义,椭圆上任意一点到两个焦点的距离之和等于常数2a,即PF_1+PF_2=2a。
设椭圆的两个焦点分别为F_1(-c,0)和F_2(c,0),点P(x,y)是椭圆上的任意一点。
根据两点间距离公式,PF_1=sqrt{(x+c)^2+y^2},PF_2=sqrt{(x-c)^2+y^2}。
将PF_1和PF_2代入PF_1+PF_2=2a中,得到:
sqrt{(x+c)^2+y^2}+sqrt{(x-c)^2+y^2}=2a
两边平方,得到:
(x+c)^2+y^2+(x-c)^2+y^2=4a^2
化简得:
2x^2+2y^2+2c^2=4a^2
移项得:
x^2+y^2=a^2-c^2
因为a>b>0,所以a^2-c^2>0,即x^2+y^2>0,这说明点P(x,y)在椭圆内部。
将x^2+y^2=a^2-c^2代入椭圆的标准方程frac{x^2}{a^2}+frac{y^2}{b^2}=1中,得到:
frac{a^2-c^2}{a^2}+frac{y^2}{b^2}=1
化简得:
frac{y^2}{b^2}=frac{c^2}{a^2}-1
两边同时除以a^2,得到:
frac{y^2}{b^2} imesfrac{a^2}{c^2}=frac{a^2-c^2}{a^2}
因为frac{a^2}{c^2}=1+frac{b^2}{c^2},所以上式可以化简为:
frac{y^2}{b^2} imes(1+frac{b^2}{c^2})=frac{a^2-c^2}{a^2}
移项得:
frac{y^2}{b^2}=frac{a^2-c^2}{a^2}div(1+frac{b^2}{c^2})
因为frac{a^2-c^2}{a^2}div(1+frac{b^2}{c^2})=frac{1-e^2}{1+e^2},其中e=frac{c}{a},所以上式可以化简为:
frac{y^2}{b^2}=frac{1-e^2}{1+e^2}
两边同时开方,得到:
frac{y}{sqrt{b^2}}=frac{sqrt{1-e^2}}{sqrt{1+e^2}}
因为b>0,所以frac{y}{sqrt{b^2}}=frac{y}{b},所以上式可以化简为:
frac{y}{b}=frac{sqrt{1-e^2}}{sqrt{1+e^2}}
因为椭圆的离心率0<e<1,所以sqrt{1-e^2}<sqrt{1+e^2},即frac{sqrt{1-e^2}}{sqrt{1+e^2}}<1。
因为frac{y}{b}<1,所以frac{sqrt{1-e^2}}{sqrt{1+e^2}}=frac{y}{b},即e=frac{c}{a}=frac{sqrt{1-e^2}}{sqrt{1+e^2}}。
因此,椭圆的离心率公式为e=frac{c}{a}=frac{sqrt{1-e^2}}{sqrt{1+e^2}}。