質問<3419>
「「一次関数」」
日付 2006/9/30
質問者 ぷーさん


次の問いについて答えに至る過程を詳しく教えて下さい。
mがm>0の範囲で動く時、直線y=mx+m^2の通り得る範囲を求め
xy平面上に図示せよ。

★完全解答希望★

お便り
日付 2006/10/1
回答者 wakky


質問<3384>の下野さんのアドバイスをご覧ください。

お便り
日付 2006/10/1
回答者 平 昭


こんにちは。
「直線の通り得る範囲」とは、数学的にどんな条件を満たせばよいのか、
を考えるのが第1のポイントです。
 題意の直線がある点P(x、y)を通れる、とは、言い換えれば、

適当なmを選べば、等式 y=mx+m^2 が成り立つ、、、★

ということです。ただし、問題の条件からm>0とします。

 逆に、m>0であるどんなmをもってきても、この等式が成り立たないなら、
題意の直線は、点P(x、y)を通れません。

 ★はつまり、下野さんが<3384>の解答に書かれたように、
 
方程式 m^2+mx-y=0が、正の解を少なくとも一つ持つ、、★★
ことと同じです。
 なお、以下では説明の便宜のため、方程式の左辺≡f(m)と書きます。
 さて、★★が成り立つには、まず
f(m)=(m+\(\frac{x}{2}\)\()^{2}\)-(\(x^{2}\)+4y)=0
が(正であろうが負であろうがとにかく)
解を持つことが必要です。
これはつまり、\(x^{2}\)+4y≧0、、、①
を意味します。

 さらに、解の1つは正でないといけません。解の正負を調べるため
放物線 f(m)=0 の軸に注目します。軸の方程式ははもちろん、
m=-\(\frac{x}{2}\)ですね。
 解の片方は必ず軸より右側、または軸と同じ位置(重解のとき)にあるわけですから、

(a)-\(\frac{x}{2}\)>0つまりx<0なら、条件①の下で常に題意を満たす。

(b)-\(\frac{x}{2}\)=0 つまりx=0なら重解だと解は0のみとなり不適。重解でなければ
解の1つは常に正で、題意を満たす。これはつまり、
\(x^{2}\)+4y=4y>0 を意味します。

(c)-\(\frac{x}{2}\)<0、つまりx>0なら、f(m)=0が正の解を持つ必要十分条件は
f(0)=-y<0、つまりy>0です。
(理由:f(m)はm>-\(\frac{x}{2}\)で単調に増加しますから、
f(0)≧0だと、m>0の時、常にf(m)>0となって、正の解はありません。
一方、十分大きい正の数Mを取れば、f(M)>0となるのは明らかですから、
f(0)<0ならば、f(m)=0は、 0とMの間に解を持ちます)。
このとき、自動的に\(x^{2}\)+4y>0も満たしています。

まとめると、求めるx、yの範囲は

(1)x<0かつ\(x^{2}\)+4y≧0
(2)x≧0かつy>0
のどちらかを満たす場合、ということになります。

 なお、下野さんの答えでは、題意の直線は第1象限も第2象限も通れなくなります。
計算違いをされたようですね。