解答例
(1)ここでは、(2,0)が接点です。
Y’=3X2−6X+2 これに X=2
を代入して Y’=2 (Y’X=2=2 と書き表します。)
よって接線の方程式は、Y=2(X−2) となる。
(2)ここでは(2,0)が接点かもしれないし、接点はほかにあるかもしれない。
接点を、(t,t3−3t2+2t) とおくと接線は、
Y=(3t2−6t+2)(X−t)+t3−3t2+2t
となり、この直線上に点(2,0)があるので、 −2t3+9t2−12t+4=0
よって −(t−2)2(2t−1)=0 より t=2, |
1
2 |
よって接線は、 Y=2X−4,Y=− |
1
4 |
X+2 となる。 |
(3) (2)と同様に、接点を、(t,t3−3t2+2t)
とおくと接線は、Y=(3t2−6t+2)X−2t3+3t2
となり、これが点(a,0)を通るので、(3t2−6t+2)a−2t3+3t2=0
これを整理して、 2t3−3(a+1)t2+6at−2a=0 ・・・[ア] となる。
ここで、f(t)=2t3−3(a+1)t2+6at−2a とおいて、
f’(t)=6t2−6(a+1)t+6a=6(t−a)(t−1) となるので
[T]a≠1 のとき t=a,1のそれぞれ一方で極大値と極小値となる。
(@) f(a)・f(1)=(−a3+3a2−2a)・(a−1)=−a(a−1)2(a−2)<0
−(a−1)2<0 であることに注意して解くと a<0,2<a
この場合、極大値は正、極小値は負であるので方程式[ア]の解は3個となる。
(A) f(a)・f(1)=−a2(a−1)(a−2)>0 → 0<a<1,1<a<2
この場合、極大値と極小値は共に正か負であるので方程式[ア]の解は1個となる。
(B) f(a)・f(1)=−a2(a−1)(a−2)=0 → a=0,2
この場合、極大値と極小値の一方が0であるので方程式[ア]の解は2個となる。
[U]a=1 のとき f’(t)=6(t−1)2>0 であるから、f(t)は単調増加
この場合、方程式[ア]の解は1個となる。
以上から、
a<0,2<a のときは、3本の接線
a=0,1,2 のときは、2本の接線
0<a<1,1<a<2 のときは、1本の接線
(4) (3)と同様に、接線 Y=(3t2−6t+2)X−2t3+3t2 が点(a,b)を通るので、
b=(3t2−6t+2)a−2t3+3t2 となる。
よって、 2t3−3(a+1)t2+6at−2a+b=0・・・[イ] の実数解の個数を考えればよい。
この左辺=g(t) とおいて、g’(t)=6t2−6(a+1)t+6a=6(t−a)(t−1) より
[T]a≠1 のとき t=a,1のそれぞれ一方で極大値と極小値となる。
(@) g(a)・g(1)=(−a3+3a2−2a+b)・(a+b−1)<0
この場合、極大値は正、極小値は負であるので方程式[イ]の解は3個となる。
(A) g(a)・g(1)=(−a3+3a2−2a+b)・(a+b−1)>0
この場合、極大値と極小値は共に正か負であるので方程式[イ]の解は1個となる。
(B) g(a)・g(1)=(−a3+3a2−2a+b)・(a+b−1)=0
この場合、極大値と極小値の一方が0であるので方程式[イ]の解は2個となる。
[U]a=1 のとき g’(t)=6(t−1)2>0 であるから、g(t)は単調増加
この場合、方程式[イ]の解は1個となる。
不等式(−a3+3a2−2a+b)・(a+b−1)<0 が求める領域になる。
これを
b の二次不等式と考えると、
a3−3a2+2a<−a+1 の場合 a3−3a2+2a<b<−a+1
a3−3a2+2a>−a+1 の場合 −a+1<b<a3−3a2+2a
となる。よって求める領域は右図になる。(境界は含まない)
ここで、b=−a+1は三次関数の接線になっています。
(2つの関数ではさまれた領域
になると考えてください。
結果的
にこのような領域
は曲線、直線だけを考えて、
適当な点を代入して判断
します。) |
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また、ここでは[イ]のような方程式にしたが、Y=b,Y=(3t2−6t+2)a−2t3+3t2
の連立方程式と考えて、Y=bを平行移動してもよい。ただし、この解法は、極大極小
をはっきり求める必要があるので、a<1,a>1
の場合分けが必要です。
積で表された領域は、コツさえつかめば簡単で、しかも場合分けが必要ないので解答が
すっきりします。(この解法を薦めます。)
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