放物線y=k\(x^{2}\)(k>0)上に異なる2点P(a,k\(a^{2}\))、Q(b,k\(b^{2}\))(a>b)がある。
(1)点Pにおける接線l、および点Qにおける接線mの方程式を求めよ。
(2)lとmの交点Rの座標を求めよ。
(3)l、mと放物線y=k\(x^{2}\)とで囲まれた部分の面積をa、bを用いて表せ。
よろしくおねがいします。
★希望★完全解答★
放物線y=k\(x^{2}\)(k>0)上に異なる2点P(a,k\(a^{2}\))、Q(b,k\(b^{2}\))(a>b)がある。
(1)点Pにおける接線l、および点Qにおける接線mの方程式を求めよ。
(2)lとmの交点Rの座標を求めよ。
(3)l、mと放物線y=k\(x^{2}\)とで囲まれた部分の面積をa、bを用いて表せ。
よろしくおねがいします。
★希望★完全解答★
まず一次関数に付いて。
傾きaで点(x_(0)、y_(0))を通る直線は
・y-y_(0)=a(x-x_(0))・・・・・・①
で表されます。コレはイイですよね?
この一般の直線がどう言う傾きを持ってどの点を通るのか、って事で直線の式が
決定されます。
この問題の最初は、別の関数の『ある点に於いての傾き』がこの直線の傾きと
一致してて、かつその『ある点を共有してる』って事です。それが『接線』って
意味です。それでは順次見て行ってみましょう。
>放物線y=k\(x^{2}\)(k>0)上に異なる2点P(a,k\(a^{2}\))、Q(b,k\(b^{2}\))(a>b)がある。
(1)点Pにおける接線l、および点Qにおける接線mの方程式を求めよ。
まず放物線y=k\(x^{2}\)(k>0)の『傾き』を見てみます。これは微分してみればすぐに
分かります。
・d\(\frac{y}{d}\)x=2kx…②
つまり放物線y=k\(x^{2}\)に於いては、その『傾き』自体がxの関数である、って事が
分かります。そしてxが決定しなければ傾きの実値、ってのも分からない、って
事ですよね。
まず接線lを見てみましょうか。接線lってのは次の条件を満たしてる、って事です。
『接線lは点P(x_(0)、y_(0))=(a,k\(a^{2}\))を通り、点P(a,k\(a^{2}\))に於ける
放物線y=k\(x^{2}\)の傾きを共有する直線である』
取りあえず『点P(a,k\(a^{2}\))に於ける放物線y=k\(x^{2}\)の傾き』を求めてみましょうか。
②に与えられたx、この場合はaですよね?を代入すれば分かります。
・点P(a,k\(a^{2}\))に於ける放物線y=k\(x^{2}\)の傾き=2ka
これが接線lの傾きでもある、って事です。アトは①の式にそれぞれ当てはめれば
完了です。
・y-k\(a^{2}\)=2ka(x-a)
∴y=2kax-k\(a^{2}\)・・・(接線l)
同じような考え方で接線mも求めてみてください。
ちなみに接線mは
・y=2kbx-k\(b^{2}\)
となるハズです。
(2)lとmの交点Rの座標を求めよ。
連立方程式の問題です。つまり共有する(x、y)の値を求めればイイ、って事
ですよね?そこで接線lと接線mを並べてみます。
・y=2kax-k\(a^{2}\)…③
・y=2kbx-k\(b^{2}\)…④
書き換えます。
・2kax-y=k\(a^{2}\)…③'
・2kbx-y=k\(b^{2}\)…④'
行列にしちゃいます。
(2ka -1)(x) (k\(a^{2}\))
・(2kb -1)(y)=(k\(b^{2}\))・・・⑤
ワンパターンなんですが『クラメールの公式』を使います。好きなんですよ(笑)。
(解き方は行列の項目に記載されてる様です。)
『機械的に何も考えないで解く』には簡便なんですよね。まあ、これを機会に
慣れてください。解は
・点R(x,y)=((a+b)/2,kab)
となるハズです。確かめてみてください。
3)l、mと放物線y=k\(x^{2}\)とで囲まれた部分の面積をa、bを用いて表せ。
これは・・・図書けば簡単なんですけどね~~~。
取りあえずk>0って条件とa>bって条件により、点Rを頂点とした『逆三角形の様に
に見える』部分の面積を求めればイイワケなんですが
・・・・・・文章で書くとメンド臭いな。
ええと、単純に言うと、x=(a+b)/2で分けられた右の部分の面積と左の部分の
面積を別々に求めて、最後にそれを足してやればイイ、って事です。a>bに拠り
右の部分はa絡み、左の部分はb絡み、ってのがコレで分かります。
右の部分は直線x=(a+b)/2、接線l:y=2kax-k\(a^{2}\)、放物線y=k\(x^{2}\)で囲まれてます。
この部分を便宜上I_(1)とでもしましょうか。
左の部分は直線x=(a+b)/2、接線m:y=2kbx-k\(b^{2}\)、放物線y=k\(x^{2}\)で囲まれてます。
この部分を便宜上I_(2)とでもします。
一般的に二つの関数、f(x)とg(x)の間の面積Iは積分区間をaからbとして、
I=∫_\(a^{b}\) {f(x)-g(x)}dx
(註:f(x)>g(x))
で求められます。コレを利用すると、
I_(1)=∫_(a+b)/\(2^{a}\){k\(x^{2}\)-2kax+k\(a^{2}\)}dx
I_(2)=∫_b^(a+b)/2{k\(x^{2}\)-2kbx+k\(b^{2}\)}dx
そしてI=I_(1)+I_(2)となります。
と言うわけで、アトはご自分で計算してみて下さい。この『計算過程』をパソコンで
打つのはちょっとシンドイです(苦笑)。
ちなみに答えは
・I={k(a-b\()^{3}\)}/12
になるハズです。