愛知医科大学/2023年度/前期

2愛知医科大学 2023年 数学 第2問解答・解説

1問題

愛知医科大学2023年度第2問
mmを実数とする。2直線ℓ1:mx−y=0\ell_{1}:mx-y=0、ℓ2:x+my−2m−1=0\ell_{2}:x+my-2m-1=0の交点P\mathrm{P}の描く図形をCCとする。図形CCとℓ1\ell_{1}とのP\mathrm{P}以外の交点をQ1\mathrm{Q}_{1}、図形CCとℓ2\ell_{2}とのP\mathrm{P}以外の交点をQ2\mathrm{Q}_{2}とするとき、次の問いに答えよ。

(1) 点P\mathrm{P}の軌跡を求め、右の座標平面に図形CCを図示せよ。

(2) PQ1+PQ2\mathrm{PQ}_{1}+\mathrm{PQ}_{2}の最大値とそのときのmmの値を求めよ。
保存された問題原図(掲載用の切抜き・配置は未確定)

まずは自分で解いてみましょう。解けたら「答え」、詰まったら「解答」で確かめられます。

タイマー

15:00

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • (1)
    CC:円周 (x−12)2+(y−1)2=54(x-\frac12)^2+(y-1)^2=\frac54 から点 (0,2)(0,2) を除いたもの。
  • (2)
    最大値 10\sqrt{10}、m=13m=\frac13 または −3-3。

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

(1)

連立して P=(2m+11+m2,m(2m+1)1+m2)P=(\frac{2m+1}{1+m^2},\frac{m(2m+1)}{1+m^2})。消去すると x2+y2=x+2yx^2+y^2=x+2y である。
x≠0x\ne0 のこの円周上の点では m=yxm=\frac yx とすれば両直線の式を満たす。x=0x=0 なら円周上の点は (0,0),(0,2)(0,0),(0,2) で、前者は m=−12m=-\frac12 で実現するが、後者は l1l_1 の y=mxy=mx を満たせず実現しない。従って除外点を1つ付けた円周全体が軌跡。

(2)

O=(0,0),D=(1,2)O=(0,0),D=(1,2) とすると l1l_1 は常に OO、l2l_2 は常に DD を通り、この2点は CC 上にある。m≠−12,2m\ne-\frac12,2 では Q1=O,Q2=DQ_1=O,Q_2=D。l1,l2l_1,l_2 は垂直だから OP2+PD2=OD2=5OP^2+PD^2=OD^2=5。
従って (OP+PD)2≦2(OP2+PD2)=10(OP+PD)^2\leqq2(OP^2+PD^2)=10 で、等号は OP=PDOP=PD。円周と ODOD の垂直二等分線の交点は P=(32,12),(−12,32)P=(\frac32,\frac12),(-\frac12,\frac32) で、m=yxm=\frac yx は 13,−3\frac13,-3。いずれも除外点・退化値ではなく、最大 10\sqrt{10} を達成する。
m=−12m=-\frac12 では l1l_1 が OO に接し Q1Q_1 がなく、m=2m=2 では l2l_2 が DD に接し Q2Q_2 がないため、問題文の「PP 以外の交点」定義にはこの2値の例外がある。最大化の有効域からこれらを除いても上の結果は変わらない。

保存した解説図(配置未確定)

保存された解説図(掲載前の内容照合は別途必要)

読み終えたら解答を閉じて、もう一度自分の手で解いてみましょう。

答えと解答は AI で作成したものです。誤りに気づいたらお問い合わせから教えてください。

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