質問<751>
「「積分」」
日付 2001/12/30
質問者 りさ


放物線y=-2x②+x+1上の1点における接線と放物線y=x②で
囲まれる図形の面積の最小値を求めよ。

この問題をお願いします。

お便り
日付 2002/1/5
回答者 d3


質問<751>の解答です.
まず,接点を(t,-2\(t^{2}\)+t+1)とします.接線lは,
l:y=(-4t+1)(x-t)-2\(t^{2}\)+t+1から,
l:y=(-4t+1)x+2\(t^{2}\)+1
放物線y=\(x^{2}\)との共有点のx座標は,次の方程式の2解です.
\(x^{2}\)=(-4t+1)x+2\(t^{2}\)+1
すなわち,
\(x^{2}\)-(-4t+1)x-2\(t^{2}\)-1=0 ・・・(#)
ここで,判別式Dは明らかにD<0なので,実数解を
α,β(α<β)とすると,
囲まれる部分では,接線の方が上方にあるので,面積S(t)は,
S(t)=∫(α→β){(-4t+1)x+2\(t^{2}\)+1-\(x^{2}\)}dx
S(t)=-∫(α→β)(x-α)(x-β)dx
S(t)=(\(\frac{1}{6}\))(β-α\()^{3}\)
(β-α\()^{3}\)={(β-α\()^{2}\)}^(\(\frac{3}{2}\)).
したがって,(β-α\()^{2}\)が最小のとき,面積も最小になります.
ここで,(#)について,解と係数の関係:
{ α+β=-4t+1
{ αβ=-2\(t^{2}\)-1から,
(β-α\()^{2}\)=(α+β\()^{2}\)-4αβ
(β-α\()^{2}\)=(-4t+1\()^{2}\)-4(-2\(t^{2}\)-1)
     =24\(t^{2}\)-8t+5
     =24(t-\(\frac{1}{6}\))+\(\frac{13}{3}\)
よって,min S(\(\frac{1}{6}\))=(\(\frac{1}{6}\))(\(\frac{13}{3}\))^(\(\frac{3}{2}\))=13\(\sqrt{\quad}\)\(\frac{39}{54}\)