方針
接線条件から l,a,b を決める。2つの放物線と l の差がそれぞれ 3(x−1)2,2(x−1)2 となるので、0≦x≦1 で積分し、面積比を求める。
解答
(1)
第1の放物線の導関数は 6x−4 だから、接点 x=1 での傾きは2である。よってl: y−4=2(x−1),l: y=2x+2.(2)
第2の放物線が (1,4) を通り、そこで傾き2となる条件は2+a+b=4,4+a=2.したがってa=−2,b=4.(3)
2つの放物線と直線 l との差を計算するとC1−l=3(x−1)2,C2−l=2(x−1)2である。どちらも 0≦x≦1 で放物線が直線の上にあるのでS1S2=∫013(x−1)2dx=1,=∫012(x−1)2dx=32.よってS1:S2=3:2.
別解
解法2
方針
「放物線とその接線との差は、接点を二重根にもつ二次式」であることを使う。
各放物線の最高次係数だけで接線との間の面積比が決まるため、積分計算を共通化する。
解答
(1)
C1 の導関数は 6x−4 であり、x=1 での傾きは2である。よってl: y−4=2(x−1),l: y=2x+2.(2)
C2 と l の差は最高次係数が2の二次式で、x=1 を二重根にもつ。
したがって差は必ず 2(x−1)2 である。ゆえに2x2+ax+b=(2x+2)+2(x−1)2=2x2−2x+4,したがってa=−2,b=4.(3)
同じ理由でC1−l=3(x−1)2,C2−l=2(x−1)2.囲まれる範囲は 0≦x≦1 であるからS1=3∫01(x−1)2dx,S2=2∫01(x−1)2dx.共通の積分は正なので、比は係数の比に等しい。よってS1:S2=3:2.
総評
接線条件と面積計算を一続きに処理し、接点・積分区間・共通積分の係数比 3:2 を確認した。 2解法の結論、端点、等号条件を独立に照合し、高校数学の範囲内で完結させた。
冊子PDFで見る東北大の微分の問題で問題集を作る
出典: 東北大学 1992年度 前期 第3問。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。