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証明「交差する二人の運命」
難易度:
★★★
ジンベエ
2020/02/24 19:18
放物線、楕円、双曲線 etc.
私たちの生活にも深く関係しているおなじみの二次曲線です。
その中でも今回はよく知られる放物線についての出題です。
問題文はシンプル。
(問題)
対称軸が直交する二つの放物線が異なる4点で交わるとき、この4点を通る円が存在することを証明せよ。
お知らせ
推測「単位?それ?」の解答公開を行いました。
それ以前の問題の解答も公開中です。
【
後述
】
回答募集は終了しました。
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△
▽
▼
No.1
a≠0として、二つの放物線をy=x^2……@、x=ay^2+by+c……Aとおいても一般性を失わない。
(∵放物線は互いに相似なので拡大・縮小、平行移動、回転移動によって他のケースも同様に対応できる。)
@と(1/a)×Aの辺々足し合わせたものを考えると、
x^2+y^2-x/a+((b/a)-1)y+c/a=0……B(Bはx^2+y^2+Ax+By+C=0の形で表されている。)
仮定より、@とAが異なる4点で交わっているので、Bは円を表している。
(@∧A)⇒Bより、Bがまさに@とAの異なる4交点を通る円の方程式である。
以上のことより、題意は示された。
ジンベエ
2020/02/24 21:19
私の答案(解答公開時に同時に公開します。)
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△
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▼
No.2
2つの放物線の軸がx軸,y軸になるように座標を定めると、放物線の方程式はy=ax^2+b,x=cy^2+d(a,b,c,dは定数,a≠0,c≠0)とかける。
放物線の交点の座標は方程式
c(y-ax^2-b)+a(x-cy^2-d)=0 …(*)
を満たすから、交点は(*)で表される図形上にある。
(*)の左辺はx^2,y^2の係数がともにac(≠0)で等しい2次式なので、(*)は円または1点または空集合を表す。
しかし、4つの異なる交点が図形(*)上にあるので、図形(*)は円になるしかない。
以上より、4交点は円(*)上にある。
なるほど
2020/02/25 07:41
こうですね
他にもやり方がありそう。
ジンベエ
私の答案とよく似ています。
私は放物線の式を設定した際に一般性についても触れておきましたが分かり切ったことかもしれません。
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△
▽
▼
No.3
「(*)の左辺はx^2,y^2の係数がともにac(≠0)で等しい2次式なので、(*)は円または1点または空集合を表す。」
と書きましたが、
「(*)の左辺はx^2,y^2の係数がともにac(≠0)で等しく、xyの項がない2次式なので、(*)は円または1点または空集合を表す。」
に訂正します。
要は平方完成して(x-p)^2+(y-q)^2=rの形にできるということです。
なるほど
2020/02/25 07:55
>>2
の囁きで微妙に説明不足だったところを訂正します。
ジンベエ
そうですね。
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△
▽
▼
No.4
放物線の各軸をy軸、x軸とするxy平面を考える。
各放物線の式は、下のように表される。
y = ax^2 + x + b ...(1)
x = cy^2 + y + d ...(2)
(1)*c + (2)*a を変形すると、
acx^2 + cx + bc + acy^2 + ay + ad = 0 ...(3)
この式は(1),(2)を満たす円の方程式である。
2つの放物線が異なる4点で交わるならば、それらは全て(3)上の点である。
よって、対称軸が直交する二つの放物線が異なる4点で交わるとき、この4点を通る円が存在する。
yard
2020/02/27 10:57
下から3行目、こう言い切っていいんだったっけ…?
ジンベエ
たっくんさんとほぼ同じです。
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yard
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