趣味の数学blog.

自作問題や私の好きな問題を解いたりします。

解説 (問題1 放物線と円)

昨日(今日)載せた自作問題の解答、解説です。

まだ問題を見ていない方は先にこちらを↓↓

 

⑵で手が止まると書きましたが、そもそも条件をうまく整理しないと⑴から難しい、

何なら知識次第では不可能な問題でした。方針としてはOA⊥OBを用いること、

OBの傾きが\sqrt{3}であることから有名三角形の存在がわかります。

以下に解答を示しますが、おそらくもう少しきれいな解き方があります(..)

(拙い解説になりますが、お許しください...)

 

 

解答

⑴ Bの座標は{(\sqrt{3},3)}であるから、OBの式は{y=\sqrt{3}x}である。

 ABは直径だから、∠AOB=90° すなわち OA⊥OB. 直線の直交条件より、

 (OAの傾き){×}(OBの傾き){=-1}.

 OBの傾きは\sqrt{3}であるから、

 (OAの傾き){=-\frac{\sqrt{3}}3}.

 したがって、点Aのx座標をa(a≠0)とすると

  a^ 2=-{\frac{\sqrt{3}}3}a.

  よって、a=-\frac{\sqrt{3}}3.

 放物線と2点で交わる直線の公式(正式名称教えて)より、求める直線ABの式は

  y=1×(\sqrt{3}-\frac{\sqrt{3}}3)x-1×\sqrt{3}×(-\frac{\sqrt{3}}3)

 すなわち、 y={\frac{2\sqrt{3}}3}x+1 (答)

 

⑵ 点Aのy座標は(-\frac{\sqrt{3}}3)^ 2=\frac{1}3である。

 点Aからx軸に垂線AHを下すと、

  OH=\frac{\sqrt{3}}3, AH=\frac{1}3 より、{AH:OH=1:\sqrt{3}}

 したがって、△AOHの3辺比は{1:2:\sqrt{3}}であるから、

  ∠AOH=30°.

 四角形OACDは円Cに内接しているから、円に内接する四角形の性質より

  ∠ACD=∠AOH=30°. (答)

 

⑶ 線分ABの中点(円Cの中心)をMとすると、その座標は、

 x座標・・・(\sqrt{3}+\frac{\sqrt{3}}3)÷2-\frac{\sqrt{3}}3=\frac{\sqrt{3}}3y座標・・・(3-\frac{1}3)÷2+\frac{1}3=\frac{5}3

 また、△ODMはOM=DMの二等辺三角形であるから、MからODに垂線MIを下すと、

 OI=DIとなる。よって、OD=2×\frac{\sqrt{3}}3=\frac{2\sqrt{3}}3

  すなわち、Dの座標は(\frac{2\sqrt{3}}3,0).  (答)

 点A, Bとy軸に関して対称な点A′, B′について、3点O, A′, B′を通る円をC'とする。

 このとき、円C'は円Cy軸に関して対称移動させたものになる。

 円C'について、放物線y=x^ 2との交点のうちO, A′, B′以外のものをC′、

 x軸との交点のうちO以外のものをD′とすると、放物線の対称性から

 (Cのx座標)=(D′のx座標)、(Dのx座標)=(C′のx座標)

 である。また、対称性からOD=OD’であるので、Cのx座標は

  (Dのx座標)×(-1)=-\frac{2\sqrt{3}}3

 よって、Cのy座標は(-\frac{2\sqrt{3}}3)^ 2=\frac{4}3

  すなわち、Cの座標は(-\frac{2\sqrt{3}}3,\frac{4}3) (答)

 

⑷ (CDの傾き)=\frac{0-\frac{4}3}{\frac{2\sqrt{3}}3-(-\frac{2\sqrt{3}}3)}=-\frac{\sqrt{3}}3=(AOの傾き)

 すなわち、CD//AOであるから、四角形OACDは台形である。

 円に内接する台形は等脚台形であるから、四角形OACDは等脚台形である。

 したがって、求める直線ℓはCDの垂直二等分線である。

 線分CDの中点をNとすると、(Cとy軸との距離)=(Dとy軸との距離)より、

 点Nはy軸上にある(Nのx座標は0)。 Nのy座標は、  {\frac{4}3}÷2=\frac{2}3.

 また、求める直線ℓについて、ℓ⊥OAであるから、ℓ//OB

  よって、ℓの傾きは\sqrt{3}、切片は(点Mのy座標)=\frac{2}3.

  すなわち、求める直線は  y=\sqrt{3}x+\frac{2}3. (答)

 

 

 

解いてみたら思ったより難しいわけでもなく、良問とも言えないかな~と思いました。

もっと楽にOA//DCを示せる気がするんだよなぁ。何か見落としてるのかな。

 有識者の方、見解をお願いします(丸投げ(._.)

 

次回に向けて問題作っときます(或いは、良問探し)。

 

(関係ないけど数式入力超面倒くさい)