質問<801>
「「直線の通過領域」」
日付 2002/3/4
質問者 元3年10組12番


え~と、無事、大学入試(前期試験)も終わり、(全然ダメだった。)
卒業もして、残すは大学入試(後期試験)のみとなりました。
前期が本命なので、(っても落ちてそうなんだよな~)
後期で受かっても多分行かないと思います。
一応(?)後期試験には受験に行きますので、(少し観光目的があるかな、
親には旅費がかさんで申し訳ないけど)
解いてもらえませんか、宜しくお願いします。

0≦t≦1をみたす実数tに対して、xy平面上の点A,Bを
A{2(\(t^{2}\)+t+1)/3(t+1)、-2}、B{2\(\frac{t}{3}\)、-2t}
と定める。tが0≦t≦1を動くとき、直線ABの通りうる範囲を図示せよ。

という問題です。宜しくお願いします。
朝早くすみません。
迷惑おかけいたしました。

お返事(武田)
日付 2002/2/6
回答者 武田

tのとき、点Aが動いて点P(x,y)に行くとすると、

  \(x=\frac{2(t^{2}+t+1)}{3(t+1)}\) \(0\leq t\leq 1\) より、 \(\frac{2}{3}\leq x\leq 1\)

\(y=-2\)

したがって、点Aは直線y=-2の上を  \(\frac{2}{3}\leq x\leq 1\)  の範囲で動く。

tのとき、点Bが動いて点Q(x,y)に行くとすると、


  2t
 x=―――
   3

より、

  \(y=-2t=-2(\frac{3}{2}x)=-3x\)

したがって、点Bは直線y=-3xの上を  \(0\leq x\leq \frac{2}{3}\)  の範囲で動く。

tのとき、点Pと点Qを結ぶ直線は

  \(y-(-2)=\frac{(-2t)-(-2)}{\frac{2t}{3}-\frac{2(t^{2}+t+1)}{3(t+1)}}\{ x-\frac{2(t^{2}+t+1)}{3(t+1)}\}\)

\(y=3(t+1)(t-1)x-2t^{3}\)

この直線の束が描く曲線は、直線の傾きの積分で求まるから、

  \(\int 3(t+1)(t-1)dt=3\int (t^{2}-1)dt\)

\(=3(\frac{t^{3}}{3}-t)+C\)

           \(=t^{3}-3t+C\)

曲線は原点を通から、C=0

したがって、直線の束の境界は  \(y=x^{3}-3x\) を描く。