数式処理ソフト DERIVE(デライブ) de ドライブ

25.放物線

放物線

「楕円の次は、放物線じゃな。放物線にも焦点がある。
ともちゃん、数式処理ソフト DERIVE(デライブ)で、調べてご覧」

「さっきと同じような方法でよいのね」

「そう、放物線の場合は、たとえば、y=px^2としたとき、y軸に平行な光線が放物線内に入射したとき、y軸上の1点をすべての反射光線が通るのじゃ」

「第1象限で考えるとする。p>0として、接点Rを(x,y)とする。接線ベクトルvt=[cosθ,sinθ]。法線単位ベクトルvs= [SIN(θ), - COS(θ)]。
入射光線方向への単位ベクトルva=-vs×M(-φ)=[COS(θ)SIN(φ) - SIN(θ)COS(φ), COS(θ)COS(φ) + SIN(θ)SIN(φ)]
同様に反射光線方向への単位ベクトルvb=-vs×M(φ)=[- COS(θ)SIN(φ) - SIN(θ)COS(φ), COS(θ)COS(φ) - SIN(θ)SIN(φ)]。
さっきは、A点を(-c,0)をしたのだけど、今回は、入射光線が垂直なのね」

「うん。vaのx成分は、ゼロじゃな」

「ということは、COS(θ)COS(φ) + SIN(θ)SIN(φ) = 1 ∧ COS(θ)SIN(φ) - SIN(θ)COS(φ) = 0が成立する。どちらの式からもθ=φが分るわね」

「vb=[- 2SIN(θ)COS(θ), 2COS(θ)^2 - 1]なので、vbの延長上の点の位置ベクトルrb=α×vb+[x,y]ということになる」

「具体的に書くと、rb=[x - 2αSIN(θ)COS(θ), 2αCOS(θ)^2 + px^2 - α]。ここで、y=px^2を使ったわ。
ところが、y軸上の点をたとえば、(0,c)とすると、rbがこの点を通る条件から、2αSIN(θ)COS(θ) - x = 0 ∧ c = 2αCOS(θ)^2 + px^2 - α。
tanθ=(px^2)の微分係数だから、=2pxを使って、sinθ=2px/√(1+(2px)^2)、cosθ=1/√(1+(2px)^2)を代入すると、
結局、α = (4p^2x^2 + 1)/(4p) ∧ c = 1/(4p)が出てくる。このc=1/(4p)が焦点の位置になるのね」

「そのとおり。
その他に、y=-bという直線と放物線上の点Rとの距離が焦点とRとの距離に等しくなるようにbを定めることができるのじゃったな」

「なるほど、b=1/(4p)ととるとそうなるね」

「この直線を放物線の準線というのだそうな」