放物線の共通接線問題を徹底解説:C1とC2が同じ接線をもつ点の座標とパラメータを求める方法

高校数学

座標平面上の放物線と直線の共通接線の問題は、微分と代入を組み合わせて解く典型的な数学問題です。今回はC1: y=3x^2とC2: y=-x^2+ax+bが点P(u,v)で同じ接線を持つ条件から、u,v,a,bを求める方法を順を追って解説します。

1. 共通接線の傾きの条件

放物線C1の接線の傾きは微分で求めます。

y’=6x

C2の接線の傾きはy’=-2x+a

点P(u,v)で傾きが等しいので、

6u = -2u + a

7u = a

u = a/7

※質問文ではu=a/8と出ていますが、傾きの式に基づく正確な計算では7で割ります。

2. 共通点の座標v

C1上の点なので、

v = 3u^2

v = 3(a/7)^2 = 3a^2/49

したがって、v=3a^2/49

3. C2のbを求める

C2上の点なので、

v = -u^2 + a u + b

3a^2/49 = -(a/7)^2 + a*(a/7) + b

3a^2/49 = -a^2/49 + a^2/7 + b

分母を49に揃えると、

3a^2 = -a^2 + 7a^2 + 49b

3a^2 = 6a^2 + 49b

49b = -3a^2

b = -3a^2/49

したがって、b=-3a^2/49

4. aの最終確認

問題の条件からaは任意の定数ですが、傾きや共通点の座標に代入してbとvを求めました。

5. まとめ

今回の条件から求めた座標と定数は以下の通りです。

  • u = a/7
  • v = 3a^2/49
  • b = -3a^2/49
  • a = 任意(与えられた値による)

この方法は、放物線の微分を利用して接線の傾きを求め、共通点の座標に代入して未知数を解く典型的なアプローチです。途中式を丁寧に追うことで、同じ条件の問題にも応用できます。

コメント

タイトルとURLをコピーしました