質問<2985>
「「接線」」
日付 2006/2/25
質問者 kayo


「直線l:y=x+aが曲線C:y=x^3ーx^2+1に接しているとき、
次の問いに答えよ。ただし、a=0ではないものとする。
(1)aの値を求めよ。
(2)曲線Cと接線lの共有点の座標を求めよ。」

という問題で、(1)はa=\(\frac{32}{27}\)となり、答えも合っていました。
(2)の答えで座標が(-\(\frac{1}{3}\),\(\frac{32}{27}\))とでました。
しかし答えを見るともう一つ答えがあり、その答えが(\(\frac{5}{3}\),\(\frac{77}{27}\))だった
のですが、これをどのようにして出せばいいのかわかりません。

★希望★完全解答★

お返事(武田)
日付 2006/2/25
回答者 武田


(1)
曲線Cを微分して、y′=3x^2-2x
直線lは接線だから、傾き1が上の微分した式と等しくなるので、
3x^2-2x=1
これを解いて、
3x^2-2x-1=0
(3x+1)(x-1)=0
∴x=-1/3,1
接点のy座標は、y=x^3-x^2+1に代入して求めると、
(-1/3,23/27)と(1,1)
直線y=x+aに代入して、
a=y-x=23/27-(-1/3)
 =23/27+1/3
 =32/27
または、
a=y-x=1-1=0(これは除く)

(2)
3次関数のグラフと直線は共有点が場所によって、
3個、2個、1個と変化するが、接線の時は、2個となるから、
接点(-1/3,23/27)以外にもう1つ共有点がある。
それは、曲線C:y=x^3-x^2+1と直線l:y=x+32/27
の共有点だから、連立して、
x^3-x^2+1=x+32/27
x^3-x^2-x-5/27=0
(x+1/3)^2(x-5/3)=0

∵(x^3-x^2-x-5/27)÷(x+1/3)^2
=(x^3-x^2-x-5/27)÷{x^2+(2/3)x+1/9}
=x-5/3

したがって、x=5/3
y=x+32/27に代入して、
y=5/3+32/27
 =77/27
もう一つの共有点の座標は(5/3,77/27)……(答)

お便り
日付 2006/2/25
回答者 kayo


(2)は解答を見ると答えが2つあり、
そのうちの一つは(-\(\frac{1}{3}\),\(\frac{23}{27}\))で、
y=x^3ーx^2+1に(1)でわかったx座標
(-\(\frac{1}{3}\))を代入すれば求めることが出来たのですが、
もう一つの答え(\(\frac{5}{3}\),\(\frac{77}{27}\))をどうやって求めればいいのかわかりません。

お返事(武田)
日付 2006/2/26
回答者 武田


x=-1/3は、直線lと曲線Cの接する点のx座標ですが、
x=5/3は、直線lと曲線Cが交わる点のx座標ですので、
直線の式に代入すれば、y座標が出せます。
具体的にグラフを書くと、下図のようになります。