質問<556>
「「曲線に引ける接線の本数」」
日付 2001/7/7
質問者 yoshi


      4x
曲線y=───── に点(0,a)から何本の接線が引けるか、
     x2+1
定数aの値によって分類せよ。
  
明日までにお願いします。

お返事(武田)
日付 2001/7/11
回答者 武田


   4x
y=──── のグラフは、微分の増減表より、
  x2 +1

   4(x2 +1)-4x・2x -4x2 +4
y′=─────────────=───────
     (x2 +1)2      (x2 +1)2

   -4(x2 -1)
  =────────
   (x2 +1)2

y′=0より、x=\(\pm\)1
増減表は、
x |…………|-1|…………|1|…………
──────────────────────
y′| -  | 0| +  |0| -  
──────────────────────
y | 減少 |-2| 増加 |2| 減少 

                 4
                ───
      4x         x
lim ─────=lim ───────
x→\(\pm\)∞ x2 +1 x→\(\pm\)∞     1
               1+────
                  x2

      0
   =─────=0(x軸に限りなく近づく)
     1+0



このグラフ上の任意の点(b,f(b))をとると、
       4b
f(b)=──────
      b2 +1

この点における接線の方程式は

y-f(b)=f′(b)(x-b)より、

この接線が点(0,a)を通るから、

a-f(b)=f′(b)(0-b)

a=f(b)-b・f′(b)

   4b    -4(b2 -1)
 =────-b・───────
  b2 +1   (b2 +1)2

  4b3 +4b+4b3 -4b
 =─────────────
    (b2 +1)2

    8b3
 =──────
  (b2 +1)2

これを2つの関数に分けてグラフを書き、交点の数を調べると、
{y=a

{    8b3
{y=────────
{  (b2 +1)2

   -8b2 (4b2 -3)
y′=───────────
    (b2 +1)3

                \(\sqrt{\quad}\)3
y′=0より、b=0(重解),\(\pm\)── 
                 2

b |……|-\(\sqrt{\quad}\)3/2|……|0|……|\(\sqrt{\quad}\)3/2|……
───────────────────────────
y′| -| 0   | +|0| +| 0  | -
───────────────────────────
y |減少|-48\(\sqrt{\quad}\)\(\frac{3}{49}\)|増加|0|増加|48\(\sqrt{\quad}\)\(\frac{3}{49}\)|減少

この増減表に基づきグラフを書き、y=a(水平線)との交点を
数えて分類すると、



  48\(\sqrt{\quad}\)3
a>────のとき、接線は0本
   49

  48\(\sqrt{\quad}\)3
a=────のとき、接線は1本
   49

48\(\sqrt{\quad}\)3
────>a>0のとき、接線は2本
 49

a=0のとき、接線は1本

     48\(\sqrt{\quad}\)3
0>a>-────のとき、接線は2本
      49

   48\(\sqrt{\quad}\)3
a=-────のとき、接線は1本
    49

   48\(\sqrt{\quad}\)3
a<-────のとき、接線は0本
    49