Mathematics
มัธยมปลาย
เคลียร์แล้ว

1の場合だけ,判別式を使える理由を教えてください

重要 例題 104 物 放物線y=x2+αと円x2+y^2=9について,次のものを求めよ。 (1)この放物線と円が接するとき,定数αの値 (2) 異なる4個の交点をもつような定数αの値の範囲 の 0000 指針 放物線と円の共有点についても,これまで学習した方針 共有点 実数解 接点⇔重解 で考えればよい。 解答 x2=y-a これをx2+y2=9に代入して よって y2+y-a-9=0 ...... ここで,x2+y2=9から [1] 放物線と円が2点 で接する場合 37 この問題では,xを消去して, yの2次方程式(y-a)+y2=9の 実数解 重解を考える。 放物線の頂点はy軸上にあることにも 注意。 (1) 放物線と円が 接する とは,円と放物線が共通の接線をも つことである。この問題では, 右の図のように, 2点で接する 場合と1点で接する場合がある。 (2) 放物線を上下に動かし, (1) の結果も利用して条件を満たす。 αの値の範囲を見極める。 (1)y=x2+α から 1点で 接する 2点で接する 消去すると、yの (y-a)+y2=9+2次方程式が導かれる。 ① x²=9-y²≥000 -3≤y≤3 ****** [1] a=- 4 [2] a=-3 a=3 y 2次方程式 ①②の 範囲にある重解をもつ。 よって, ① の判別式を Dとすると D=0 3 3 3- -3 13 O 0 x -3 13 x -3 0 -3 D=12-4.1 (-a-9) 37 =4a+37 であるから =37 a=- このとき、①の解は y=- [2] 放物線と円が1点で接する場合 以上から 図から,点 (0, 3), (0, -3) で接する場合 4a+37=0 すなわち -12となり、②を満たす。 2次方程式 py2+gy+r=0 解け 37 4

คำตอบ

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解説は後して理由は、以下の通りです。
yの方程式で解いたためので、見つけられない重解があったからです。
「安易にD=0だけが解だと考えてはいけない」ということを学習する問題のようです。

ー解説ー
xで解いても,yで解いても重解は接点になるのですが、この問題では、
y=x²+aであるから、xの4次方程式になっています。
yが重解のとき、xの解は2つありますが(a=-37/4のとき2か所の接点)、
もうひとつ注意が必要なのは、yの解が1つであってもxが重解になります。
y=x²+aを変形するとx=±√(a-y)なので、重解は無いように見合えますが、
y=aのときx²=0、x=0で重解になっている(yの判別式D=0だと、これが見つけられない)。
このときa=±3

ー別解1ー
<4次方程式から頑張って重解を探す方法>
x⁴+(2a+1)x²+a²-9=0
(x²-α)(x²-β)=0(解の公式でα,βを求める)
重解を持つのは、α=β(>0)、α=0またはβ=0のとき、
α=β:a=-37/4
α=0またはβ=0:a=±3(←簡単に計算して解けます)

ー別解2ー
<微分を利用した解法>
微分を学習していれば、xの4次式から極大値、極小値がx軸と接するようにaを求めると解けますが、まだ学習前なのでyの2次方程式で解く解答になっていると思われます。
4次式:x⁴+(2a+1)x²+a²-9、x=0で極大,x²=-a-1/2で極小
このときのxを代入して4次式=0(極値が接点)となるのは、
a=±3、-37/4のときであり、また、
接点のxの値x=0,x=±√35/2であることがわかります。

s

なるほど!,ありがとうございます

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