東工大数学'24年前期[3]

xy平面上に、点ABC (ただし)をとる。点ABを通る直線をとし、点Cを通り線分BCに垂直な直線をkとする。さらに、点Aを通りy軸に平行な直線と直線kとの交点をとし、点を通りx軸に平行な直線と直線との交点をとする。以下、に対して、点を通りy軸に平行な直線と直線kとの交点を,点を通りx軸に平行な直線と直線との交点をとする。
(1) の座標を求めよ。
(2) の面積を求めよ。
(3) を求めよ。


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解答 試験会場でとても思いつけないような発想をすれば、もっとラクに解答することも可能なようですが、以下では素直に2項間漸化式の問題として解答します。計算が猛烈で時間不足になりかねませんが、簡単な解法を1時間追求するのであれば、その1時間で計算してしまった方がよいと思います。

ABを通る直線 ・・・@
直線
BCの傾きは,これと垂直な直線の傾き
直線
k ・・・A
Aを通りy軸に平行な直線:と直線kとの交点は、Aでとして、
よって、の座標は ・・・B
を通り
x軸に平行な直線:と直線との交点は、@でとして、

よって、の座標は ・・・C

(1) の座標をとします。Cより、 ・・・D
を通りy軸に平行な直線:と直線kとの交点は、Aでとして、
よって、の座標は ・・・E
を通り
x軸に平行な直線と直線との交点は、@でとして、

よって、の座標は
の座標はなので、
 ・・・F (2項間漸化式を参照)
 ・・・G
Fで、とおくと、
 ・・・H

 ・・・I
F−Hより、
は、公比:,初項:等比数列です。D,Iより、

よって、,Iより、

 ・・・J
Gに代入して、


 ・・・K
Eよりの座標はですが、これはGよりなので、の座標はです。J,Kより、
の座標は、
の座標は、
.....[]

(2) の面積は、△ABCの面積と△の面積の和として、で与えられます。
ABC
よりなので、Kを用いて、
......[]

(3) x座標:(By座標−y座標) = OAOB = ab より、(By座標−y座標) = b
Kを用いて、

より、
ここでとすると、より (等比数列の極限を参照)
......[]



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