定点を通る直線 関連問題
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直線lの方程式: ・・・@
について、 (pは定数)とするとき、a,b,cにかかわらず (qは定数)となるとき、つまり、
・・・@' であるとき、a,b,cの値にかかわらず、直線lは定点を通る。
また、実数a,b,cが@'を満たすように変化するとき、@−@'より、
は、定点を通る任意の直線を表す。
直線kの方程式: ・・・A (この形では、x軸に垂直な直線を表せないことに注意)
について、 (pは定数)とするとき、m,nにかかわらず (qは定数)となるとき、つまり、
・・・A' であるとき、m,nの値にかかわらず、直線kは定点を通る。
また、実数m,nがA'を満たすように変化するとき、A−A'より、は、y軸に平行な直線を除く、定点を通る任意の直線を表す。
定点から曲線に接線を引いたり、定点を通る直線が曲線と共有点を有する条件を求める、という問題を考えるときに使う技巧です。
例1.点を通る直線が、原点を通る半径1の円と共有点をもつために満たすべき、直線の傾きmに関する条件を求める。 原点を通る半径1の 円 の方程式は、 ・・・B
を通り傾きがmの直線は、y軸に平行な直線は、Bと共有点をもちません。変形すると、 この直線が、Bと共有点をもつための条件は、Bの中心と直線との距離が1以下であることです。 分母を払って2乗すると、
∴ ......[答]
例2.放物線上の点における法線(接点を通って接線に垂直な直線)に関して、この点を通りy軸に平行な直線と対称な直線が、定点を通ることを示す。 ・・・C 点を通ってy軸に平行な直線上の点とCに関して対称な点をとすると、との中点は、直線C上の点なので、 ・・・D ・・・E ・・・F と表せますが、この直線はも通るので、 ∴ Fのkに代入すると、法線Cに関して、と対称な直線は、 整理して、
この直線はpの値にかかわらず()、定点を通ります。のとき、法線はy軸に一致しますが、y軸のy軸に関して対称な直線はy軸で、これもを通ります。 注.は放物線の焦点です。上記の性質がパラボラ・アンテナの原理です。
例3.定点を通る直線と、定点を通る直線が直交するとき、交点が描く軌跡を求める。 を通る直線は、 ・・・G
を通ってGに垂直な直線は、 ・・・H
G,Hの交点は、GとHをともに満たします。
G×+H×によりaを消去すると、 bは任意の実数をとりうるので、
軌跡は、2定点,の中点を中心とし、2定点の距離ののを半径とする円になります。 注.この問題で、を通る直線を,を通ってこれと直交する直線をとおくのはお薦めできません。y軸に平行になる場合を別に検討する必要がでてきて面倒です。
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