「図形と式」に関する質問と回答

 

2つの円の共通接線
minaさん    [Profile 近畿地方に住む高校2年生の女性の方] 投稿日2002/5/28(火)18:24

「2円 x^{2}+y^{2}=1, (x-3)^{2}+y^{2}=4に接する接線の方程式を求めよ」という問題なんですが、指針としては"ax+by+c=0が2円に接する" や "2円の接線が一致する"というように色々とあるのですが、どうやって解くのがいちばん簡単なんでしょうか+どうやって解くのでしょうか?(本当に基本的なことでごめんなさい)

反則技かも知れませんが 投稿者:新矢 
    [Profile 兵庫県に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/5/29(水)00:12

最も速い解き方は,中学の三角形の相似を利用する方法です。
絵を書いてください。明かに x=1 は共通接線です。それ以外の傾きが正の方の接線について,
原点中心の円との接点をA,もう一つの円との接点をB,接線ABとx軸の交点をD,半径2の方の円の中心をC(3,0) とします。
△DOAと△DCB は相似です。相似比は OA:BC=1:2
∴DO=3
D(-3,0) ということです。また三平方の定理から DA=2√2 です。
∠ADO=θ とすると,tanθ=AO/DA=1/(2√2)=√2/4
ゆえに接線ABは,傾き √2/4 で,D(-3,0) を通る直線なので,
y=(√2/4)(x+3)=(√2/4)x+(3√2/4)

この他にも,平行四辺形のベクトルの問題なども,三角形の相似で解いた方が速い問題は結構あります。大学入試はもちろん中学数学で解いてもOKです。


 

2円の外接条件
プリスカさん    [Profile 関東地方に住む高校1年生の男性の方] 投稿日2002/10/4(金)18:18

はじめまして。
この掲示板の事を友人に教えてもらい、
初めて質問させていただきます。

問題
XY平面内の中心P、半径rの円Cがつぎの2条件を満たして
いるものとする

<A>2つの円C1: X2乗+Y2乗−1=0
C2: X2乗+Y2乗−6X+5=0
に外接する
ただし、2つの円が外接するとは、中心間の距離が
それぞれの円の半径の和に等しいことをいう

<B>中心Pと原点とを結ぶ線分とX軸の正の部分とのなす角が
60度となる。

円Cの半径rと中心Pの座標をもとめよ

(95名古屋大)
出典はクリアー演習143番です

余り頼らずにやろうとは思ったのですが、手もつけることが出来ず
困っております。お忙しいとは思いますが、宜しくお願いします。


小池さん  [Profile 関東地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/10/4(金)23:23

まず,C1,C2を変形して,
C1:x^2+y^2=1 , C2:(x-3)^2+y^2=2^2
としましょう。

円Cの中心は原点とのなす角が60度なので,三平方の定理を考えて,(t,√3*t)と書けるのは良いでしょうか?
さらに,半径をrとしましょう。

文章に書いてあるように,外接するという条件を使って
(円CとC1の中心の距離)=(r+1)
(円CとC2の中心の距離)=(r+2)
とすれば,tとrの連立方程式になるので,答えがでます。
(円CとC1の中心の距離)←この関係は大丈夫ですか?


ありがとうございました 投稿者:プリスカさん  [Profile 関東地方に住む高校1年生の男性の方] 投稿日:2002/10/6(日)10:27

報告が遅くなってすいません
小池さん、とても分かりやすい説明
ありがとうございました。
おかげで分かるようになりました。
今後も宜しくお願いします

 

円と放物線が接する
KOUTAさん    [Profile 秘密に住む高校3年生の男性の方] 投稿日2002/9/17(火)22:05

大数の新スタの問題です。

xy平面上において、y軸上の点Pを中心とする円が、放物線y=x^{2}と異なる2点A、Bで内接している。
このとき点Pのy座標pと円の半径rとの関係を求めよ。

と言う問題なんですが、x^{4}-(2p-1)x^{2}+p^{2}-r^{2}、という所まではわかるんですが、あとがわかりません。
重解条件で処理できるらしいんですが、意味がわかりません。教えてください。

Viperさん  [Profile 東京都に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/9/17(火)22:26

x^{4}-(2p-1)x^{2}+p^{2}-r^{2}=0
の解は,接点のx座標ですね.しかも接点ですから重解です.とすれば,グラフを描いて対称性を考えればわかるとおり,解は
x=a (2重解),-a(2重解)となっていて,
x^{4}-(2p-1)x^{2}+p^{2}-r^{2}=(x-a)^{2}(x+a)^{2}
と因数分解できます.このとき,右辺は,
(x^{2}-a^{2})^{2}
とまとめられます.
とすると,x^{2}をtと書き換えて得られる方程式
t^{2}-(2p-1)t+p^{2}-r^{2}=0
はa^{2}という重解を持つわけです.従って,これが重解を持つ条件を考えればいいことになります.

ただし,a^{2}という形になることに注意が必要ですよ.

KOUTAさん  [Profile 秘密に住む高校3年生の男性の方] 投稿日:2002/9/17(火)22:49

解説ありがとうございました。わかりました。

別解 投稿者:新矢(管理人)  [Profile 近畿地方に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/9/18(水)01:24

○ Viper さん
管理人の書きこみ時間が深夜で、連日回答の方をお任せっぱなしになっていますが、本当にありがとうございます。

この問題は、x^{2}=y を x^{2}+(y-p)^{2}=r^{2} に代入した

y の2次方程式 y+(y-p)^{2}=r^{2}
すなわち  y^{2}-(2p-1)y+p^{2}-r^{2]=0  が重解をもつ。
と考える解法もありです。


 

円と放物線が交わる
nanaさん    [Profile 高校3年生の方] 投稿日2002/6/17(月)23:39

初めて質問させていただきます。
青チャートの問題なのですが解説不足というか私の頭が悪くて
理解できません。

放物線y=x^2 と 円x^2+(y-2)^2=r^2 (r>0)がある。
4個の交点をもつrの値の範囲を求めよ。

という問題なのですが、xを消去してyの2次方程式にするところまでは
いいのですが、このあと答えに軸y=3/2>0から
D>0    y=0で 4-r^2>0  これを解いて答えが出ているのですが、
軸yが0より大きいことから何が導けているのかということと、
y=0で4-r^2>0という式の意味がさっぱりわかりません。
解りにくい文章で大変恐縮ですがどうか教えていただけないでしょうか?

水野 健太郎さん の ホームページ  [Profile 近畿地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/6/18(火)02:31

大体のことは↓こちらで言ったのですが、

http://isweb43.infoseek.co.jp/school/reviewer/Movie/En-ho-butsu.mpg

基本的に、xを消去して出てきたyの方程式が2つの異なる正の解をもつことを、
yを横軸にとって描いた「z=(左辺)」のグラフが、両軸と黒板に書いたような
位置関係になっていることを言うために、そのような3つの式を持ち出しているわ
けです。

後半は「数学T」の2次関数の範囲になりますので、そちらも参照してください。


新矢さん  [Profile 近畿地方に住む男性の方] 投稿日:2002/6/18(火)03:53

nanaさん、はじめまして。
水野先生、動画解説第3弾 ありがとうございます。

数1で重要(それだけ理解するのに時間がかかる)な問題といえば、『文字の入った2次関数の最大最小』とこの『2次方程式の解がある数より大きい小さい(解の配置問題)』だと思います。
数Tの2次方程式を学習したときにやる学校もあれば、数Bで2次方程式をもう一回学習する時に初めて取り上げる学校もあるみたいです。(やらない学校もあります)

nanaさん、参考書で調べて、数Tの2次方程式のところになければ、数Bの複素数の2次方程式のところも見て下さい。

というわけで、期末試験を控え、1、2年生から質問が集中するのでは?
と思い、当HPの重要問題解説にUPする予定ですが、またまたコンピュータの調子がおかしく、TEX文書をアップロードできない状況なんです。
皆様にはご迷惑をおかけします。
期末試験までには何とかしますので、もうしばらくお待ち下さい。

nanaさん  [Profile 高校3年生の方] 投稿日:2002/6/18(火)18:26

水野先生、解り易い動画解説本当にありがとうございました。
xの2次方程式だと簡単にわかることなのですが、yは慣れていなかったので
混乱してしまいました。yを横軸にとったらすぐに理解できました。

f(0)のときに正になる式の代わりに α+β>0 αβ>0でもいいですよね?
教えていただけると幸いです。

水野 健太郎さん の ホームページ  [Profile 近畿地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/6/18(火)20:26

光栄です。
動画、というか板書だと、あそこに「y」と書いておくだけで、くどくど説明しな
くて済みました。

ご指摘のとおり、「和と積がそれぞれ正」でもかまいませんが、実数条件(判別
式)は必要になるので注意してください。詳しくは数学Bで学びます。


nanaさん  [Profile 高校3年生の方] 投稿日:2002/6/18(火)23:09

解りました。本当にありがとうございました。
また解らないことを教えていただくことがあると思いますが、
どうぞよろしくお願いいたします。

 

円の中心の軌跡
MAI×2さん    [Profile 東京都に住む高校2年生の女性の方] 投稿日2002/8/26(月)23:17


学校でもらったプリントです。

方程式x^2+y^2-2ax-2by+5=0の半径が2の円を表すようにa,bを変化させるとき、
その円の中心の軌跡を求めよ。

半径が2なので 与式=(x-a)^2+(y-b)^2=-5+a^2+b^2
としたんですけど、ここから先にどうやって進めていけばいいのかわかりません。


新矢(管理人)  [Profile M78星雲に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/8/27(火)02:43

MAI×2 さん、こんばんは。

>与式=(x-a)^2+(y-b)^2=-5+a^2+b^2

ここで= を使うのはちょっとまずいです。
与式は、(x-a)^2+(y-b)^2=-5+a^2+b^2 …@ となる。
と書かないとまずいです。理由は、数学に慣れていくにつれ解ると思います。
今は、そんなもんなのか、とお思い下さい。

半径が2なので、
a^{2}+b^{2}-5=4 → a^{2}+b^{2}=9 …A が成り立ちます。

@から、頂点の座標は (a.b) となります。

軌跡の問題は
★ 軌跡を求める点の座標を (x,y) とする

のでしたから、頂点の座標を (x,y) とすると
x=a 、y=b …B となりますね。
AとBから、a,b を消去すれば、それが求める軌跡です。
今の場合はただ代入するだけですね。

 

交点の軌跡
カイさん    [Profile 近畿地方に住む高校3年生の男性の方] 投稿日2002/8/21(水)21:59


aが任意の実数の値をとって変化するとき、
2直線 y=ax-a+1 と x+ay=0 の交点Pは、どのような図形を描くか。  

という問題なんですが、全くわかりません。
aを消去してxとyだけの式にしたんですけど、解説を見ると除かれる点があるみたいです。よろしくお願いします。 


新矢  [Profile M78星雲に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/8/22(木)00:49

カイさん、こんばんわ。

“交点の軌跡”は他の軌跡問題と解法が異なるのでとまどいますよね。

>aを消去してxとyだけの式にしたんですけど、

y=ax-a+1 …@ 、x+ay=0 …A
おそらく、Aを a=-(x/y) と変形して、@に代入し

(x-1/2)^{2}+(y-1/2)^{2}=1/2 を得たと思います。
考え方はそれでいいんですが、軌跡に限らず

★ 0で割ることはできない

ですよね。
A を a=-(x/y) と変形できるのは、y≠0 のときです。

つまり、求めた円の y=0 つまり x軸との交点 
(0,0),(1,0) の2点については、交点が確かにその点に来れるのかを確認しなければなりません。

逆を考えてみましょう。つまり、@、A とも(0,0) を通過するような
実数 a が存在するのかを確認します。
なんてことはない、@、Aに (0,0) に代入してみます。
y=ax-a+1 …@ 、x+ay=0 …A
@ に代入すると、a=1、
A 二代入すると、0a=0 つまり aは任意
この結果から、a=1 のとき、交点は(0,0) になるということです。
a=1 なら @ y=x、A y=-x になりますから確かに交点は原点ですね。

同じように@Aに (1,0) を代入してみましょう。
@ y=ax-a+1 に代入すると、0=1 となってしまいました。
つまり、直線@は aがどう頑張っても (1,0) は通れないということです。
当然@とAの交点が、(1,0) になることなどありえません。

他にも説明の仕方がありますので、これで解り難ければ、再度ご質問ください。 



カイさん  [Profile 近畿地方に住む高校3年生の男性の方] 投稿日:2002/8/22(木)14:18

なるほど、そうやるんですか。0で割ったらいけないということを忘れていました。詳しい解説ありがとうございました。

 

角の2等分線の方程式
分からぬなら聞いてしまえ、数学さん    [Profile 魔界に住む浪人生の男性の方] 投稿日2002/10/4(金)13:32

魔界に引っ越しました
今回は「青チャートU+B」の例題77の(B)からです。

(問題)
x軸、y軸および直線 4x+3Y=12 の作る三角形の内接円の中心(内心)の座標を求めよ。

(解答)
内心をI(x,y)とする。直線 4x+3Y=12 がx軸、y軸と交わる点をそれぞれA,Bとする。

ここで
∠BAOの2等分線は y=|4x+3Y-12|/sqrt{4~{2}+3~{2}}

と書いているのですが、なぜこのような式になるのか分かりません。
これは点と直線の距離を求める式だと思うんですが…。

水野 健太郎さん の ホームページ  [Profile 大阪府に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/10/4(金)15:32

水野%助っ人です。ご無沙汰しております>全

○分からぬなら聞いてしまえ、数学さん

角の2等分線とは、2直線への距離が等しい点の集まりと考えることができます。
・・・これは良いですね??

その式の作り方ですが、右辺のほうは、おっしゃるとおり点(x,y)から直線
4x+3y=12までの距離を表しています。問題は左辺です。これが、見た目が
簡単すぎて、かえって意味が分かりにくいんだと思います。

実はこれ、ぱっと見は「y座標」なんですけど、書いた人の考えでは

*** 点(x,y)とx軸との距離

なんですよ。点からx軸に垂線を下すと、その長さがy座標になるでしょう??

# ・・・というのは、厳密にはウソで、y座標になるのはたとえば点(3,7)
# などのとき(距離は7)。点(3,−7)からの距離も7になるんですが、こ
# のときは「−y」と書かなければなりません。もし、これらをまとめて書こう
# とすると??・・・そう、「|y|」という表現を使うことになるんですが、
# まあ細かいことですね。

まあとにかく、そんなわけで左辺を「y」にしてるわけです。・・・確かにこれ、
いきなりこう書かれてしまうと全然分かりませんね。ちょっとでもいいから、言葉
を書いておいてくれれば必要以上に混乱せずに済むと思うのですが・・・。


分からぬなら聞いてしまえ   さん  [Profile 魔界に住む浪人生の男性の方] 投稿日:2002/10/6(日)08:17

なるほど、距離を表すってのはあってたんですね。

納得しました。
ありがとうございました。
青チャートの解説が不親切って噂はこう言ったことだったんですな。

水野 健太郎さん の ホームページ  [Profile 大阪府に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/10/7(月)00:50

○分からぬなら聞いてしまえ、数学さん

こういう説明不足が、この本には多いです。こういう答案に出会ったとき、その意
味を考えることも含めて勉強として捉えるべきだという指導者もいますが、私は気
にいりません。同じ説明をするにしたって、もっと分かりやすく、またその解法に
対して納得のいく書き方、もっていきかたがあるはずです。

私のサイトでは「数学参考書レビュー」なる企画をやっているのですが、この本の
ような、決して万人受けするとはいえない内容のものがあたかも「定番本」のよう
に思われており、また多くの受験生の皆さんが自分のレベルに合わない教材に取り
組み(または取り組まされ)、悩んでいるという現状に危機感を覚えたことが1つ
のきっかけになっています。

# 「分からぬなら分かるまで待とう」とはいかないのが、受験生のつらいところ
# ですね。それって何年だ!みたいな・・・。


分からぬなら聞いてしまえ   さん  [Profile 魔界に住む浪人生の男性の方] 投稿日:2002/10/7(月)21:14

ホームページ見ました。
こんなに世の中に数学の参考書があるとは…。
でも、ずっと青チャートやりこんでるので最後までやり通そうと思います。

高校生のころに意地を張って先生に全く聞かずに、分からないまま何時間も悩んでそのまま浪人している男がいます(笑)。

 

直線の通過範囲
しゅんさん    投稿日2002/9/23(月)10:14

mが正の値をとって変化するとき、直線 mx+y+m^2=0 の通りうる範囲を図示せよ。


という問題なんですが、解説をみると
m^2+xm+y=0として、mの方程式とみて、
この方程式が正の解をもつ条件としてやっていこうと思いました。
でやってみたんですが、
ここまではあってましたが、解答をみたら、

(1)2解とも正のとき
(2)正の解と0をもつとき
(3)正の解と負の解をもつとき

と場合分けしてましたが、mは正の値をとるのに
(2)(3)がどうしてでてくるのかがわかりません。
なんでなのででしょうか?


小池さん  [Profile 関東地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/9/23(月)11:33

mが正の解をもつというのを,少なくとも1つは正の解になると解釈しています。
例えば,m=-2,3というふうになったとしますね。
そのときは,-2のほうは負の解ですが,直線にはm=3を代入すれば,mが正の値をとるという条件は満たしていますよね?

ありがとうございました。 投稿者:しゅんさん  投稿日:2002/9/23(月)21:23

なるほど。
負の方は代入しなければいいじゃん!ってことですね。
とにかく正の値をもちうればいいということですね。
解決しました。

 

直線と線分が交わる条件
ゆりさん    [Profile 関東地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日2002/9/10(火)19:14

点(2,3)と(3,1)を結んだ線分と直線y=ax+bとの共通点が1つであるとき、
点(a,b)の存在範囲を平面状に図示せよ。

という問題です。
グラフを書いてもらうのは無理なので考えかたを教えて下さい。
お願いします。九州歯科大のもんだいです。

Viperさん  [Profile 東京都に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/9/10(火)21:08

y=ax+bという直線があるとき,その直線の上の領域は,y>ax+bで表されますよね.下の部分はy<ax+bで表されます.
これを利用して点(2,3)と(3,1)が直線に対して反対側にあるということを式で表せませんか?

ゆりさん  [Profile 関東地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日:2002/9/11(水)00:58

図で表してはみてるんですけど…やっぱしよく解らないみたいです。
すいません。

新矢(管理人)  [Profile M78星雲に住む男性の方] 投稿日:2002/9/11(水)02:16

とりあえず、問題をみたすような
直線 y=ax+b を書いてみましょう。

傾きが1くらいなら、
(2,3) はその直線の上にきますね。
つまり、(2,3) は直線 y=ax+b の上にある。
⇔ (2,3) は 領域 y>ax+b にある。
⇔ 3>2a+b …@ をみたす。

(3,1) はその直線の下にあります。
(3,1) は直線 y=ax+b の上にある。
⇔ (3,1) は 領域 y<ax+b にある。
⇔ 1>3a+b …A をみたす。

今度は傾きが −4くらいの直線で、問題をみたすものを書いてみましょう。
今度は、(2,3) はその直線の下にきて、(3,1) はその直線の上にあります。
同じように考えてみて下さい。

答えはわかっているのですか?



ゆりさん  [Profile 関東地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日:2002/9/12(木)06:00

答えはわっかってます。グラフもかけたので大丈夫です。
ありがとうございました。

 

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