2次関数と2本の接線の間の面積と裏技a/12公式① 高校数学Ⅱ 整式の積分 2020. 02. 24 解説で a[1/3(x-β)²] となっていますが、 a[1/3(x-β)³] の誤りですm(_ _)m 検索用コード {2本の接線の交点を通る$\bm{y}$軸に平行な直線で分割すると, \ $\bm{\bunsuu13}$公式型面積に帰着する. }} この他, \ 以下の2点を知識として持っておくことを推奨する. \ 証明は最後に示す. \\[1zh] \textbf{知識\maru1 \textcolor[named]{ForestGreen}{2次関数の2本の接線の交点の$\bm{x}$座標は, \ 必ず接点の$\bm{x}$座標の中点になる. }} \\[. 5zh] \textbf{知識\maru2 \textcolor[named]{ForestGreen}{左側と右側の面積が必ず等しくなる. }} \\\\\\ $(-\, 2, \ 2)における接線の方程式は $(4, \ 8)における接線の方程式は \ 2つの接線の交点の$x$座標は y'\, に接点(a, \ f(a))のx座標aを代入すると, \ その接点における接線の傾きf'(a)が求まる. \\[. 2zh] 接線の方程式は y=f'(a)(x-a)+f(a) \\[. 2zh] さらに, \ 連立して2本の接線の交点を求める. 2zh] 知識\maru1を持っていれば, \ 連立せずとも2本の接線の交点のx座標が1となることがわかる. \\[1zh] x=1を境に下側の関数が変わるので, \ 積分区間を-2\leqq x\leqq1と1\leqq x\leqq4に分割して定積分する. 2zh] 結局, \ \bm{2次関数と接線とy軸に平行な直線で囲まれた面積}に帰着する. 二次関数の接線の方程式. 2zh] この構図の面積は, \ \bunsuu13\, 公式を利用して求められるのであった. \\[1. 5zh] 整式f(x), \ g(x)に対して以下が成立する. 2zh] y=f(x)とy=g(x)がx=\alpha\, で接する\, \Longleftrightarrow\, f(x)-g(x)=0がx=\alpha\, を重解にもつ \\[. 2zh] \phantom{ y=f(x)とy=g(x)がx=\alpha\, で接する}\, \Longleftrightarrow\, f(x)-g(x)が(x-\alpha)^2\, を因数にもつ \\[1zh] よって, \ \bunsuu12x^2-(-\, 2x-2)=\bunsuu12(x+2)^2, \ \ \bunsuu12x^2-(4x-8)=\bunsuu12(x-4)^2\, と瞬時に変形できる.
別解 x 4 − 2 x 3 + 1 x^4-2x^3+1 を(二次式の二乗+1次関数)となるように変形する( →平方完成のやり方といくつかの発展形 の例題6)と, ( x 2 − x − 1 2) 2 − x + 3 4 \left(x^2-x-\dfrac{1}{2}\right)^2-x+\dfrac{3}{4} ここで, x 2 − x − 1 2 x^2-x-\dfrac{1}{2} の判別式は正であり相異なる実数解を二つもつのでそれを α, β \alpha, \beta とおくと, x 4 − 2 x 3 + 1 − ( − x + 3 4) = ( x − α) 2 ( x − β) 2 x^4-2x^3+1-\left(-x+\dfrac{3}{4}\right)\\ =(x-\alpha)^2(x-\beta)^2 となる。よって求める二重接線の方程式は 実はこの小技,昨日友人に教えてもらいました。けっこう感動しました!
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8zh] 最後, \ 検算のために知識\maru2を満たしているかを確認するとよい. 一般化すると, \ 裏技公式が導かれる. \\[1zh] \centerline{$\bm{\textcolor{blue}{2次関数\ y=\textcolor{red}{a}x^2+\cdots\ と2本の接線の間の面積}}$ y=ax^2+bx+c上の点x=\alpha, \ \beta\ (\alpha<\beta)における接線をy=m_1x+n_1, \ y=m_2x+n_2\, とする. 2zh] (ax^2+bx+c)-(m_1x+n_1)=a(x-\alpha)^2, (ax^2+bx+c)-(m_2x+n_2)=a(x-\beta)^2 \\[. 2zh] 2本の接線の交点のx座標は, \ m_1x+n_1=m_2x+n_2\, の解である. 2zh] 関数の上下関係や\, \alpha\, と\, \beta\, の大小関係が不明な場合も想定し, \ 絶対値をつけて計算すると以下となる. 8zh] 最初に述べた知識\maru1, \ \maru2が成立していることを確認してほしい. 二次関数の接線 excel. \\[1zh] 面積を求めるだけならば, \ 積分計算は勿論, \ 接線の方程式や接線の交点の座標を求める必要もない. 2zh] 記述試験で無断使用してはならないが, \ 穴埋め式試験や検算には有効である.
タイプ: 入試の標準 レベル: ★★★ 2つの曲線の共通接線の求め方について解説します. 本質的に同じなので数Ⅱ,数Ⅲともにこのページで扱います. 数Ⅱは基本的に多項式関数を,数Ⅲはすべての曲線の接線を扱います. 数Ⅱの微分を勉強中の人は,2章までです. 接線の公式 が既知である前提です. 共通接線の求め方(数Ⅱ,数Ⅲ共通) 共通接線と言うと, 接点を共有しているかしていないかで2パターンあります. ポイント 共通接線の方程式の求め方(接点共有タイプ) 共有している接点の $x$ 座標を文字(例えば $t$ など)でおき Ⅰ 接線の傾き一致 Ⅱ 接点の $\boldsymbol{y}$ 座標一致 を材料として連立方程式を解きます. 上の式がそのまま2曲線が接する条件になります. 続いて,接点を共有していないタイプです. 共通接線の方程式の求め方(接点を共有しないタイプ) 以下の方法があります. Ⅰ それぞれの接点の $\boldsymbol{x}$ 座標を文字(例えば $\boldsymbol{s}$ と $\boldsymbol{t}$ など)でおき,それぞれ立てた接線が等しい,つまり係数比較で連立方程式を解く. Ⅱ 片方の接点の $x$ 座標を文字(例えば $t$ など)でおき接線を立て,もう片方が主に2次関数ならば,連立をして判別式 $D=0$ を解く. Ⅲ 片方の接点の $x$ 座標を文字(例えば $t$ など)でおき接線を立て,もう片方が円ならば, 点と直線の距離 で解く. Ⅰがほぼどの関数でも使える方法なのでオススメです. あまり見かけませんが,片方が円ならば,Ⅲで点と直線の距離を使うのがメインの方法になります. ２次関数の接線公式 | びっくり.com. 例題と練習問題(数Ⅱ) 例題 $y=x^{2}-4$,$y=-(x-3)^{2}$ の共通接線の方程式を求めよ. 講義 例題では接点を共有しないタイプを扱います.それぞれの接点を $s$,$t$ とおいて,接線を出してみます. 解答 $y=x^{2}-4$ の接点の $x$ 座標を $s$ とおくと接線は $y'=2x$ より $y$ $=2s(x-s)+s^{2}-4$ $=2sx-s^{2}-4$ $\cdots$ ① $y=-(x-3)^{2}$ の接点の $x$ 座標を $t$ でおくと接線は $y'=-2(x-3)$ より $=-2(t-3)(x-t)-(t-3)^{2}$ $=-2(t-3)x+(t+3)(t-3)$ $\cdots$ ② ①,②が等しいので $\begin{cases}2s=-2(t-3) \ \Longleftrightarrow \ s=3-t\\ -s^{2}-4=t^{2}-9\end{cases}$ $s$ 消すと $-(3-t)^{2}-4=t^{2}-9$ $\Longleftrightarrow \ 0=2t^{2}-6t+4$ $\Longleftrightarrow \ 0=t^{2}-3t+2$ $\therefore \ t=1, 2$ $t=1$ のとき $\boldsymbol{y=4x-4}$ $t=2$ のとき $\boldsymbol{y=2x-5}$ ※ 図からだとわかりにくいですが,共通接線は2本あることがわかりました.
2次関数の接線を、微分を使わずに簡単に求める方法を紹介します。このページでは、放物線上の点からの接線の式を求める方法について説明します。 微分を使って普通に解くと、次のようになります。 最後の方で、1次関数の ヒクタス法 を使いました。この問題を微分を使わずに解くには、次の公式を用います。 少し長いけど簡単に覚えられますよね。これを使って上の問題を解いてみると、 普通の解き方と比べて書いた量はあまり変わりませんが、1行目の式を書いたらあとはただ計算しているだけですので楽です。そしてこの解法は応用問題で威力を発揮します。 ※ 2次関数の接線公式 は びっくり のオリジナル用語です。テストの記述では使わないで下さい。 About Author bikkuri
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