質問<424>
「「文字について」」
日付 2001/3/19
質問者 マスマニア


問題
 y=kx+\(\frac{1}{x}\) (x>0、K>0)で表す 曲線をCとして Cの接線が直線x=0、
y=kxと交わる点を各々P、Q とする。
(1) PQが最小になるときのOP OQを求めよ

解答
 Cの接点をR(b、kb+\(\frac{1}{b}\))とするとき
  接線の方程式は
  y-(kb+\(\frac{1}{b}\))=(k-\(\frac{1}{b}\)^2)(x-b)となる「
  そうするとP(0、\(\frac{2}{b}\)) Q(2b、2kb)となり
  PQ^2=4b^2(k^2+1)+\(\frac{4}{b}\)^2 である 相加相乗平均をつかって
  PQ^2≧8\(\sqrt{\quad}\)(K^2+1)
  最小と成る時の bは  b^2(k^2+1)=\(\frac{1}{b}\)^2 をみたす
  解 b=1/(k^2+1)^\(\frac{1}{4}\)
  である
  この時OP=2(k^2+1)^\(\frac{1}{4}\) 、OQ=2(k^2+1)^\(\frac{1}{4}\)である
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 さてここからが質問です

ここまでなんら問題はないと考えられますが、最後の答えの中に文字Kが
入ったままですよね。 なぜ この式の中のさらに最小値を 求めようと
はしてないのでしょうか?
OP= 2(k^2+1)^\(\frac{1}{4}\) なら当然 K=0 の時 最小になるはずです。
もちろん今K>0という条件がはいっており K=0などとれませんが
(しかも K=0のときはP Qが存在しなくなってしまい おかしいですが)
そういう矛盾点をのぞいたとして(つまりK=0 もとれるとした時)

答えを OP=2 とするのでしょうか?それともしないのでしょうか?
つまり どこまでを変数とみなし どこまでを定数とみなすか 
その基準がほしいのです 

 答えの中に文字が存在した時 その文字式の中で さらに最小をもとめ
るべきなのか
それとも 文字をのこしたままの式を最終的な 答えとするのか その基
準を教えて下さい よろしくお願いいたします

お返事(武田)
日付 2001/3/23
回答者 武田


          1
 Cの接点をR(b、kb+─)とするとき
          b
  接線の方程式は
       1      1
  y-(kb+─)=(k-───)(x-b)となる
       b     b2

          2
  そうするとP(0、─) Q(2b、2kb)となり
          b

               2
  PQ2 =4b2 +(2kb-─)2
               b

                   4
     =4b2 +4k2 2 -8k+──
                   b2

PQが最小になるのは、PQ2 が最小になるときだから、
変化する接点Rのx座標のbで微分すると、

 d            8
──PQ2 =8b+8k2 b-──
db            b3

 d
──PQ2 =0となるbのときに最小となるから、
db

         8
8b(1+k2 )-──=0
         b3

8b4 (1+k2 )-8=0

     1
4 =────
   1+k2

        1
  解 b=───────
      (k2 +1)\(\frac{1}{4}\)

  である

  この時OP=2(k2 +1)\(\frac{1}{4}\) 、OQ=2(k2 +1)\(\frac{1}{4}\)である

                  1
※文字kについては、初めにy=kx+─というようにグラフの式が
                  x
与えられているので、定数と見ると良い。
一方、文字bは、接点Rのx座標として置いたので、これは変動して、
PQが最小の所を探すわけだから、変数と見て良い。したがって、bに
ついて微分できるわけである。bについて最小の場所を答えればよい。
kは定数扱いなので、答えにkが入ってもかまわない。
大概こういう問題の時は、2問目にkを定める問題が出てくるものである。