質問<387>
「「三角関数」」
日付 2001/1/5
質問者 あつ


明けましておめでとうございます!
さっそくですが、質問が2つあります。
どれも途中までしか解けず、最後までしっかり解答できません。
これはセンター対策らしいのですが・・・
ではお願いします。

問1
半円X2乗+Y2乗=4(Y≧0)の円周上にA(2,0)と動転Pを取り、
原点Oから弦APに下ろした垂線とAPとの交点をQとする。
直線OPとX軸の正の向きとなす角をΘとする。(0°≦Θ≦180°)
L=AP+OQをΘを用いて表すと、L=?Cos Θ/2+?Sin Θ/2となる。
(この後、更に合成関数にするような指示があるのですが???)

問2
aを正の定数とし、Y=aSinΘ+CosΘ(0°≦Θ≦180°)とすると、
YはSinΘ=?のとき最大値?をとる。
最小値は0<a≦?ならば?であり、?<aならば?である。

お返事(武田)
日付 2001/1/5~8
回答者 武田


問1

△OAQにおいて、OQ=2cos(θ/2)
AP=2AQ=4sin(θ/2)より、
L=AP+OQ
 =4sin(θ/2)+2cos(θ/2)……(答)

問2
全面的にやり直しました。
Y=aSinΘ+CosΘ(0°≦Θ≦180°)より、
sinθ=Xとおくと、0≦X≦1
Y=aX+\(\sqrt{\quad}\)(1-X2
変形して、
Y-aX=\(\sqrt{\quad}\)(1-X2
両辺を2乗して、
2 -2aXY+a2 2 =1-X2
(a2 +1)X2 -2aXY+Y2 =1
この式は、下図のような楕円を回転した図形の方程式である。

極値は微分して、Y′=0となるところを探せばよい。
==============================
f(x、y)=0をxで微分すると、
x +fy ・y′=0から、y′=0は、fx =0
==============================
f(X,Y)=(a2 +1)X2 -2aXY+Y2 -1=0とおき、fX を求めると、
X =2(a2 +1)X-2aY=0
   aY
X=────を、f(X,Y)=0に代入して、
  a2 +1

2 2      aY
────-2a・────・Y+Y2 -1=0
2 +1    a2 +1

  1
────Y2 =1
2 +1

2 =a2 +1

∴Y=\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)(a2 +1)

    aY      a
∴X=────=\(\pm\)────────
   a2 +1  \(\sqrt{\quad}\)(a2 +1)

0°≦θ≦180°、a>0より、
X=sinθ=a/{\(\sqrt{\quad}\)(a2 +1)}のとき、
極大値つまり最大値Y=\(\sqrt{\quad}\)(a2 +1)……(答)
a>0がどんな値をとっても、
最小値はX=0(θ=180°)のとき、最小値Y=-1
※しかし、問題とは少し違う。たぶん上図のように黄色部分の
0°≦θ≦90°の範囲であれば、
0<a≦1のとき、最小値Y=a}
a>1のとき、最小値Y=1  }……(答)