質問<2633>
「「軌跡」」
日付 2005/10/18
質問者 りか


こんにちは。解らない問題があるので教えてください。お願いします。

座標平面上に2点A(4、10),B(8、4)がある。
点Pが3点(2,-1)、(-2、3),(4,3+2\(\sqrt{\quad}\)3)を通る円の周上を動くとき、
△PABの重心Gの軌跡を求めよ。

★希望★完全解答★

お返事(武田)
日付 2005/10/18
回答者 武田


円の方程式を(x-a)^2+(y-b)^2=r^2 とおくと、
(2,-1)を通から、(2-a)^2+(-1-b)^2=r^2………①
(-2,3)を通から、(-2-a)^2+(3-b)^2=r^2………②
(4,3+2\(\sqrt{\quad}\)3)を通から、
        (4-a)^2+(3+2\(\sqrt{\quad}\)3-b)^2=r^2………③

①②③を連立して、
①-②より、
(2-a+2+a)(2-a-2-a)+(-1-b-3+b)(-1-b+3-b)=0
4(4-2a)-4(2-2b)=0
16-8a-8+8b=0
8a-8b=8
a-b=1………④

②-③より、
(-2-a-4+a)(-2-a+4-a)+(3-b-3-2\(\sqrt{\quad}\)3+b)(3-b+3+2\(\sqrt{\quad}\)3-b)=0
-6(2-2a)-2\(\sqrt{\quad}\)3(6+2\(\sqrt{\quad}\)3-2b)=0
-12+12a-12\(\sqrt{\quad}\)3-12+4\(\sqrt{\quad}\)3b=0
12a+4\(\sqrt{\quad}\)3b=24+12\(\sqrt{\quad}\)3
3a+\(\sqrt{\quad}\)3b=6+3\(\sqrt{\quad}\)3………⑤

④×\(\sqrt{\quad}\)3+⑤より、
(3+\(\sqrt{\quad}\)3)a=6+4\(\sqrt{\quad}\)3

  6+4\(\sqrt{\quad}\)3 (6+4\(\sqrt{\quad}\)3)(3-\(\sqrt{\quad}\)3)  18+6\(\sqrt{\quad}\)3-12  6+6\(\sqrt{\quad}\)3
a=―――――=――――――――=――――――――――=――――――
  3+\(\sqrt{\quad}\)3    9-3       6         6

 =1+\(\sqrt{\quad}\)3………⑥

⑥を④に代入して、
(1+\(\sqrt{\quad}\)3)-b=1
∴b=\(\sqrt{\quad}\)3………⑦

⑥⑦を①に代入して、
r^2=(2-1-\(\sqrt{\quad}\)3)^2+(-1-\(\sqrt{\quad}\)3)^2
  =(1-\(\sqrt{\quad}\)3)^2+(-1-\(\sqrt{\quad}\)3)^2
  =1-2\(\sqrt{\quad}\)3+3+1+2\(\sqrt{\quad}\)3+3
  =8
∴r=2\(\sqrt{\quad}\)2

したがって、
円の方程式は
(x-1-\(\sqrt{\quad}\)3)^2+(y-\(\sqrt{\quad}\)3)^2=8

座標平面上に2点A(4、10),B(8、4)と点P(x,y)を頂点とした△PAB
の重心G(xg,yg)は、重心の公式から、
   4+8+x  12+x
xg=――――――=―――――
     3     3

   10+4+y  14+y
yg=―――――――=―――――
     3      3

変形して、
x=3xg-12
y=3yg-14

これを上の円の方程式に代入して、
(3xg-12-1-\(\sqrt{\quad}\)3)^2+(3yg-14-\(\sqrt{\quad}\)3)^2=8
軌跡の方程式を出すためにxg,ygをx,yとして、
(3x-13-\(\sqrt{\quad}\)3)^2+(3y-14-\(\sqrt{\quad}\)3)^2=8
両辺を9で割って、
   13+\(\sqrt{\quad}\)3       14+\(\sqrt{\quad}\)3    8
(x-――――――)^2+(y-――――――)^2=―
     3           3      9

したがって、
重心Gの軌跡は、

中心
 13+\(\sqrt{\quad}\)3  14+\(\sqrt{\quad}\)3
(――――――,――――――)
   3      3
半径
2\(\sqrt{\quad}\)2
―――
 3
の円となる。