質問<2061>
「「大学入試の過去問題」」
日付 2004/11/13
質問者 セピア


よろしくお願いします。
正定数aに対し2つの曲線C₁:y=ax²と
C₂:y=(a+1)\(\sqrt{\quad}\)x (x≧0)を考える。
(1)C₁とC₂の原点以外の交点Pの座標をaで表せ
(2)曲線C₁,C₂で囲まれる部分の面積S(a)を求めよ。
(3)aを正の範囲で動かすとき,(2)で求めた面積S(a)の最小値を求めよ。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2004/12/8
回答者 wakky


(1)
ax^2=(a+1)\(\sqrt{\quad}\)xと置いて
両辺を平方して整理してxについて解くと
x=0,{(a+1)^(\(\frac{2}{3}\))}/a^(\(\frac{2}{3}\))
原点以外の交点だからx≠0
よって
x={(a+1)^(\(\frac{2}{3}\))}/a^(\(\frac{2}{3}\))
このとき
y={(a+1)^(\(\frac{4}{3}\))}/a^(\(\frac{1}{3}\))
求める交点の座標は
({(a+1)^(\(\frac{2}{3}\))}/a^(\(\frac{2}{3}\)),{(a+1)^(\(\frac{4}{3}\))}/a^(\(\frac{1}{3}\)))

(2)
曲線C1,C2の交点は(1)で求めた座標と、もう一つは原点。
0≦x≦{(a+1)^(\(\frac{2}{3}\))}/a^(\(\frac{2}{3}\))の範囲では
C2はC1の上にあるから
S(a)は
(a+1)\(\sqrt{\quad}\)x - ax^2
を0≦x≦{(a+1)^(\(\frac{2}{3}\))}/a^(\(\frac{2}{3}\))
の範囲で定積分すればよい。
途中計算省略して
S(a)=(a+1)^2/3a

(3)
S(a)=(a+1)^2/3aより
S’(a)=(a+1)(a-1)/3a^2
a>0だから
S’(a)=0のとき a=1
よって次の増減表を得る。

a 0 1

S’(a) - 0 +

S(a) 減 極小 増

よってf(a)はa=1のとき極小かつ最小となり
最小値は S(1)=4/3