○ (1)(2)とも右辺は r 2 なので, 半径が 2 → 右辺は 4 半径が 3 → 右辺は 9 半径が 4 → 右辺は 16 半径が → 右辺は 2 半径が → 右辺は 3 などになる点に注意 (証明) (1)← 原点を中心とする半径 r の円周上の点を P(x, y) とおくと,直角三角形の横の長さが x ,縦の長さが y の直角三角形の斜辺の長さが r となるのだから, x 2 +y 2 =r 2 (別の証明):2点間の距離の公式 2点 A(a, b), B(c, d) 間の距離は, を用いても,直ちに示せる. =r より x 2 +y 2 =r 2 ※ 点 P が座標軸上(通俗的に言えば,赤道上または北極,南極の場所)にあるとき,直角三角形にならないが,たとえば x 軸上の点 (r, 0) についても, r 2 +0 2 =r 2 が成り立つ.このように,座標軸上の点については直角三角形はできないが,この方程式は成り立つ. ※ 点 P が第2,第3,第4象限にあるとき, x, y 座標が負になることがあるので,正確に言えば,直角三角形の横の長さが |x| ,縦の長さが |y| とすべきであるが,このように説明すると経験上,半数以上の生徒が授業を聞く意欲をなくすようである(絶対値アレルギー? ). (1)においては, x, y が正でも負でも2乗するので結果はこれでよい. (2)← 2点 A(a, b), P(x, y) 間の距離は, だから,この値が r に等しいことが円周上にある条件となる. 円の中心の座標の求め方. =r より 例題 (1) 原点を中心とする半径4の円の方程式を求めよ. (解答) x 2 +y 2 =16 (2) 点 (−5, 3) を中心とする半径 2 の円の方程式を求めよ (解答) (x+5) 2 +(y−3) 2 =4 (3) 円 (x−4) 2 +(y+1) 2 =9 の中心の座標と半径を求めよ. (解答) 中心の座標 (4, −1) ,半径 3
今回は二次関数の単元から、放物線と直線の交点の座標を求める方法について解説していきます。 こんな問題だね! これは中3で学習する\(y=ax^2\)の単元でも出題されます。 中学生、高校生の両方の目線から問題解説をしていきますね(^^) グラフの交点座標の求め方 グラフの交点を求めるためには それぞれのグラフの式を連立方程式で解いて求めることができます。 これは、直線と直線のときだけでなく 直線と放物線 放物線と放物線であっても グラフの交点を求めたいときには連立方程式を解くことで求めることができます。 【中学生】放物線と直線の交点を求める問題 直線\(y=x+6\)と放物線\(y=x^2\)の交点の座標を求めなさい。 交点の座標を求めるためには、2つの式を連立方程式で解いてやればいいので $$\large{\begin{eqnarray} \left\{ \begin{array}{l}y=x+6 \\y=x^2 \end{array} \right. 円の中心の座標 計測. \end{eqnarray}}$$ こういった連立方程式を作ります。 代入法で解いてあげましょう! $$x^2=x+6$$ $$x^2-x-6=0$$ $$(x-3)(x+2)=0$$ $$x=3, -2$$ \(x=3\)を\(y=x+6\)に代入すると $$y=3+6=9$$ \(x=-2\)を\(y=x+6\)に代入すると $$y=-2+6=4$$ これにより、それぞれの交点が求まりました(^^) 【高校生】放物線と直線の交点を求める問題 直線\(y=-5x+4\)と放物線\(y=2x^2+4x-1\)の交点の座標を求めなさい。 中学生で学習する放物線は、必ず原点を通るものでした。 一方、高校生での二次関数は少し複雑なものになります。 だけど、解き方の手順は同じです。 それでは、順に見ていきましょう。 まずは連立方程式を作ります。 $$\large{\begin{eqnarray} \left\{ \begin{array}{l}y=-5x+4 \\y=2x^2+4x-1 \end{array} \right. \end{eqnarray}}$$ 代入法で解いていきましょう。 $$2x^2+4x-1=-5x+4$$ $$2x^2+9x-5=0$$ $$(2x-1)(x+5)=0$$ $$x=\frac{1}{2}, x=-5$$ \(\displaystyle{x=\frac{1}{2}}\)のとき $$y=-5\times \frac{1}{2}+4$$ $$=-\frac{5}{2}+\frac{8}{2}$$ $$=\frac{3}{2}$$ \(x=-5\)のとき $$y=-5\times (-5)+4$$ $$=25+4$$ $$=29$$ よって、交点はそれぞれ以下のようになります。 放物線と直線の交点 まとめ お疲れ様でした!
2−2 × 0−2=0 だから (2, 0) は x−2y−2=0 上にある. 2−2 × (−1)−2 ≠ 0 だから x−2y−2=0 上にない. 2−2 × (−2)−2 ≠ 0 だから x−2y−2=0 上にない. ■ 1つの x に対応する y が2つあるとき ○ 右図3のように,1つの x に対応する y が2つあるグラフの方程式は, y=f(x) の形(陽関数)で書けば y= と y=− すなわち, y= ± となり,1つの陽関数 y=f(x) にはまとめられない. ( y が2つあるから) 陰関数を用いれば, y 2 =x あるいは x−y 2 =0 と書くことができる. ○ 右図4は原点を中心とする半径5の円のグラフであるが,この円は縦線と2箇所で交わるので,1つの x に対応する y が2つあり,円の方程式は1つの陽関数では表せない. ○ 右図5において,原点を中心とする半径5の円の方程式を求めてみよう. 円周上の点 P の座標を (x, y) とおくと,ピタゴラスの定理(三平方の定理)により, x 2 +y 2 =5 2 …(A) が成り立つ. 上半円については, y ≧ 0 なので, y= …(B) 下半円については, y ≦ 0 なので, y=− …(C) と書けるが,通常は円の方程式を(A)の形で表す. ※ 点 (3, 4) は, 3 2 +4 2 =5 2 を満たすのでこの円周上にある. また,点 (3, −4) も, 3 2 +(−4) 2 =5 2 を満たすのでこの円周上にある. さらに,点 (1, 2) も, 1 2 +(2) 2 =5 2 を満たすのでこの円周上にある. しかし,点 (3, 2) は, 3 2 +2 2 =13 ≠ 5 2 を満たすのでこの円周上にないことが分かる. 円の中心の座標と半径. 図3 図4 図5 ■ 円の方程式 原点を中心とする半径 r の円(円周)の方程式は x 2 +y 2 =r 2 …(1) 点 (a, b) を中心とする半径 r の円(円周)の方程式は (x−a) 2 +(y−b) 2 =r 2 …(2) ※ 初歩的な注意 ○ (2)において,点 (a, b) を中心とする半径 r の円の方程式が (x−a) 2 +(y−b) 2 =r 2 点 (−a, −b) を中心とする半径 r の円の方程式が (x+a) 2 +(y+b) 2 =r 2 点 (a, −b) を中心とする半径 r の円の方程式が (x−a) 2 +(y+b) 2 =r 2 のように,中心の座標 (a, b) は,円の方程式では見かけ上の符号が逆になる点に注意.
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