方針
共通接線の傾きを とおく。放物線 に傾き で接する点の 座標は であり、接線の切片も と で表せる。2つの放物線で同じ接線になる条件から を求め、接点 を出す。 の極限で を得て、 を消去する。
解答
(1)
共通接線 の傾きを とする。問題より である。
放物線 上で傾きが となる点の 座標を とすると だから である。この点における接線の 切片はである。
同じ直線が にも接するので、切片が等しく である。これを整理する。 であるからである。 より である。 なので である。
したがって である。またである。よってである。
(2) とすると である。また である。
ここで なので であり である。したがって である。よってである。
(3)
(2)より、点 は を満たす。したがって曲線は第1象限にあり、 で 、 で となる。さらに なので増加し、傾きは原点に近づくほど0に近づく。概形は、原点に右側から接するように近づき、第1象限で増加して上に伸びる曲線である。
別解
解法2:接点pからもう一方の接触条件を作る
方針
上の接点を とし、その接線を で表す。同じ直線が に接する条件を判別式0で書けば、傾きを別に置かず を直接決められる。
解答
(1)
の における接線はこれと の交点を求める2次方程式が重解をもつ条件は整理し、 を用いると接線の傾きが正なので であり、さらに(2)
とすれば より なので(3)である。したがって第1象限で単調に増加し、原点へ右側から水平に近づき、
で となる曲線である。
総評
共通接線を傾きで媒介し、接点の極限から曲線を出す問題である。目安時間は26分。接線の切片を と表すところが計算の要である。 の極限では、 なので と戻せる。概形は式だけでなく、定義域 、原点付近、増加性を言葉で補うとよい。 2解法の結論を相互照合し、定義域、符号、端点、等号成立条件を確認した。 問題に即した高校数学の範囲だけで構成した。 図は立式の対応を示す解説図であり、結論には依存しない。