金沢医科大学/2022年度/2日目

4金沢医科大学 2022年 数学 第4問解答・解説

平面上の曲線と複素数平面図形と方程式

1問題

金沢医科大学2022年度第4問
楕円
x29+y23=1(①) \frac{x^{2}}{9}+\frac{y^{2}}{3}=1\quad\text{(①)}
上を動く点 PP と、点 (1,0)(1,0) との距離の最小値は ワヲあ\dfrac{\sqrt{\boxed{\text{ワヲ}}}}{\boxed{\text{あ}}} であり、そのときの点 PP の座標は
A(いう,えお),B(いう,−えお) A\left(\frac{\boxed{\text{い}}}{\boxed{\text{う}}},\frac{\boxed{\text{え}}}{\boxed{\text{お}}}\right),\qquad B\left(\frac{\boxed{\text{い}}}{\boxed{\text{う}}},-\frac{\boxed{\text{え}}}{\boxed{\text{お}}}\right)
である。AA における①の接線 ℓ1\ell_{1} と、BB における①の接線 m1m_{1} の交点を TT とするとき、TT の座標は (か,き)(\boxed{\text{か}},\boxed{\text{き}}) である。また、tan⁡∠ATB\tan\angle ATB の値は くけ\dfrac{\boxed{\text{く}}}{\boxed{\text{け}}} である。
次に、ℓ1\ell_{1} に平行な①の接線を ℓ2\ell_{2} とし、m1m_{1} に平行な①の接線を m2m_{2} とする。4本の直線 ℓ1,m1,ℓ2,m2\ell_{1},m_{1},\ell_{2},m_{2} で囲まれた平行四辺形の面積は こさ\boxed{\text{こさ}} である。さらに、①と ℓ2\ell_{2} の接点を CC、①と m2m_{2} の接点を DD とするとき、四角形 ABCDABCD の面積は し\boxed{\text{し}} である。

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

タイマー

15:00

2解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

楕円を x=3cos⁡θ, y=3sin⁡θx=3\cos\theta,\ y=\sqrt3\sin\theta と表す。点 (1,0)(1,0) との距離の二乗は
(x−1)2+y2=6cos⁡2θ−6cos⁡θ+4=6(cos⁡θ−1/2)2+5/2. (x-1)^2+y^2=6\cos^2\theta-6\cos\theta+4 =6(\cos\theta-1/2)^2+5/2.
従って最小は 5/25/2 で、cos⁡θ=1/2\cos\theta=1/2 のときに達する。よって最小距離は 10/2\sqrt{10}/2、点は A=(3/2,3/2),B=(3/2,−3/2)A=(3/2,3/2),B=(3/2,-3/2)。

楕円 x2/9+y2/3=1x^2/9+y^2/3=1 の点 (x0,y0)(x_0,y_0) における接線は xx0/9+yy0/3=1xx_0/9+yy_0/3=1 である。従って
ℓ1:x+3y=6,m1:x−3y=6, \ell_1:x+3y=6,\qquad m_1:x-3y=6,
交点 T=(6,0)T=(6,0)。TA→=(−9/2,3/2)\overrightarrow{TA}=(-9/2,3/2)、TB→=(−9/2,−3/2)\overrightarrow{TB}=(-9/2,-3/2) だから
tan⁡∠ATB=∣TA→×TB→∣TA→⋅TB→=27/218=34. \tan\angle ATB=\frac{|\overrightarrow{TA}\times\overrightarrow{TB}|}{\overrightarrow{TA}\cdot\overrightarrow{TB}}=\frac{27/2}{18}=\frac34.
平行なもう一方の接線は ℓ2:x+3y=−6\ell_2:x+3y=-6、m2:x−3y=−6m_2:x-3y=-6。4直線の交点は (6,0),(0,2),(−6,0),(0,−2)(6,0),(0,2),(-6,0),(0,-2) で、対角線の長さは12と4。面積は 12⋅4/2=2412\cdot4/2=24。

ℓ2,m2\ell_2,m_2 の接点はそれぞれ C=(−3/2,−3/2),D=(−3/2,3/2)C=(-3/2,-3/2),D=(-3/2,3/2)。四角形 ABCDABCD は縦横とも長さ3の長方形なので、面積は9。

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。

この問題で使う考え方

  • 楕円の標準形
  • 二次式の平方完成
  • 直線の方程式

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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