双曲线的几何定义可以从以下两个方面进行说明:
一、基于距离差定义
双曲线是平面内满足以下条件的点的轨迹:
距离差条件 :动点$P$到两个定点$F_1$、$F_2$的距离之差的绝对值等于常数$2a$,即$$
||PF_1| - |PF_2|| = 2a \quad (0< 2a < |F_1F_2|)
$$
其中$F_1$和$F_2$为双曲线的焦点,$2a$为实轴长,$c$为焦距的一半(满足$c^2 = a^2 + b^2$)。
分支说明
当$|PF_1| - |PF_2| = 2a$时,点$P$位于靠近焦点$F_2$的双曲线右支;
当$|PF_1| - |PF_2| = -2a$时,点$P$位于靠近焦点$F_1$的双曲线左支;
若$2a = |F_1F_2|$,则轨迹为两条射线;若$2a > |F_1F_2|$,则无轨迹。
二、与圆锥曲线的关联
双曲线也可以通过圆锥曲线的定义来理解:
圆锥截面:
双曲线是平面与直角圆锥面相交(截面与母线不平行且不过锥顶)形成的曲线,另一类圆锥截面是椭圆或抛物线;
渐近线性质:双曲线的两个分支无限延伸时,逐渐逼近两条直线(渐近线),且两支之间的距离以指数速度增加。
三、补充说明
离心率:双曲线的离心率$e = c/a$,满足$e > 1$;
准线方程:焦点在$x$轴上的双曲线准线为$x = ±a/c$,焦点在$y$轴上时为准线$y = ±a/c$。
双曲线的几何定义与椭圆(距离之和为常数)形成对比,是其最本质的特征之一。