質問<3511>
「「写像について再質問」」
日付 2007/2/13
質問者 かえる


質問<3365>への回答としてμG さんが参照された
質問<2791>におけるCononymous Award さんの回答
に対するKINOさんの訂正投稿(以下)について、教えていただきたいのでお願いします。

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\(R^{2}\) は,ふたつの実数 x, y の組の集合です。
いわゆる xy 平面のことだと思って差し支えありません。

1,2 ではいずれも f が 平面上の点を平面上の他の点に写す写像として与えられて
います。
ですから,原点を中心とする単位円の内部 A の点を f で飛ばした先の点の集合
f(A) がどういうものなのかを求めることが問題です。

1. f(x,y)=(X,Y) とおき,(x,y)∈A のとき X と Y の関係がどうなっているかを
調べます。
そうすると,X=2x,Y=3y ですから,x=X/2,y=Y/3 となり,\(x^{2}\)+\(y^{2}\)<1 なので,
(X,Y) は (X/2\()^{2}\)+(Y/3\()^{2}\)<1 をみたします。
これは楕円 (\(\frac{x}{2}\)\()^{2}\)+(\(\frac{y}{3}\)\()^{2}\)=1 の内部を表す不等式です。
楕円を表す方程式についてご存じないかもしれませんが,
それはご自分でお調べ下さい。

2. X=x+y, Y=xy とおくと,\(x^{2}\)+\(y^{2}\)=(x+y\()^{2}\)-2xy より,\(X^{2}\)-2Y<1 となります。
一方,x,y は実数ですから (x-y\()^{2}\)≧0 です。
したがって,(x-y\()^{2}\)=(x+y\()^{2}\)-4xy より,\(X^{2}\)-4Y≧0 でなければなりません。
以上より,ふたつの放物線 y=(\(x^{2}\)-1)/2 と y=\(x^{2}\)/4 で囲まれた部分が
f による A の像 f(A) であることがわかりました。
正確には,y>(\(x^{2}\)-1)/2 より y=(\(x^{2}\)-1)/2 のグラフの上側であり,
かつ y≦\(x^{2}\)/4 より y=\(x^{2}\)/4 上の点またはそれよりも下にあるような点です。
そしてこれらの交点 (\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)2,\(\frac{1}{2}\)) はどちらも含みません。
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最後の方で、いきなり 「x,y は実数ですから (x-y\()^{2}\)≧0 です。」 という
式が出てきますが、どうしてなのですか?

お願いします。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2007/3/9
回答者 underbird


たとえば、X=1,Y=1は\(X^{2}\)-2Y<1を満たしていますが、fの原像(x,y)を求めてみると
x+y=1,xy=1より、2次方程式\(t^{2}\)-t+1=0を解いて、1\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)3 iとなり、x,yが実数になっ
ていません。
\(X^{2}\)-2Y<1だけでは、x,yが実数でない場合もあるのです。
すなわち、X,Yが実数であっても、x,yは実数であるとは限らないって事です。
ですから、上の例のようにX=x+y,Y=xyの満たすべき条件として、
2次方程式\(t^{2}\)-Xt+Y=0の解が実数であるために、判別式D=\(X^{2}\)-4YがD≧0の条件が必要
になります。