質問<879>
「「2円と直線の問」」
日付 2002/6/24
質問者 さりぃ


\(x^{2}\)+\(y^{2}\)=9と(x-a\()^{2}\)+(y-b\()^{2}\)=4であらわされる2円の共有点を
通る直線の方程式が、6x+2y-15=0となるような(a,b)を求めよ。

というものです。

私の解答としては、
2円の共有点を通る直線の方程式が
(x-a\()^{2}\)+(y-b\()^{2}\)-4+k(\(x^{2}\)+\(y^{2}\)-9)=0
とあらわせる。
直線の方程式を表すためには、k=-1として、
2ax+2by-(\(a^{2}\)+\(b^{2}\)+5)=0
となる。
これが、6x+2y-15=0と一致するので、
2a=6 ―①
2b=2 ―②
\(a^{2}\)+\(b^{2}\)+5=15 ―③
とし、①よりa=3,②よりb=1、これらは③を満たす。
よって、(a,b)=(3,1)

としたのですが、解答に(\(\frac{3}{2}\),\(\frac{1}{2}\))という組もありました。
確かに逆算すると、3x+y-\(\frac{15}{2}\)=0となり、2倍すれば
6x+2y-15=0に一致しますが、この(\(\frac{3}{2}\),\(\frac{1}{2}\))の出所は
どこなのでしょう?この組も必要なのですかね?

お便り
日付 2002/6/24
回答者 toshi


解答の指針は正しいと思います。
気になった点としては

〉 2円の共有点を通る直線の方程式が
正しくは「2円の共有点を通る円、若しくは直線の方程式が」
です(って単に間違えただけだと思いますけど)

> これが、6x+2y-15=0と一致するので、
→これが、6x+2y-15=0の定数倍と一致するので、この定数をnとおく。

2a=6n ―①
2b=2n ―②
\(a^{2}\)+\(b^{2}\)+5=15n ―③
とし、①よりa=3n,②よりb=n、これらを③に代入すれば
n=1,\(\frac{1}{2}\)を得る。
よって、(a,b)=(3,1),(\(\frac{3}{2}\),\(\frac{1}{2}\))

一般に方程式は式全体をk(kは0ではない)倍しても式は変わらない。

多分、式だけで解かずに作図をして、
半径3の円と6x+2y-15=0の交点が二つ得られる。
この2点を通って半径が2の円の中心は6x+2y-15=0を対称に
二つ得られる。
よってa,bの組みは(きっと)二つ得られる。

とした方が今回のような間違えにならないと思います
(自分はまずこう考えました)

お便り
日付 2002/6/25
回答者 phaos


勿論その組も必要です。
何故かというと, 違う円を表しているからですね。

さて, y = ax + b 型の直線の式と違って, ax + by + c = 0 型の
直線の方程式は両辺を何倍かしても
同じ直線を表します。従って
「これが 6x + 2y - 15 = 0 と一致するので」
の次はこうしなければいけません。
2a = 6t,
2b = 2t,
\(a^{2}\) + \(b^{2}\) + 5 = 15t、
t ≠ 0.

こうすると
10\(t^{2}\) -15t + 5 = 0
から t = 1, \(\frac{1}{2}\) の両方が得られるわけです。