方針
座標軸への接触は、 または を代入した二次方程式が重解をもつ条件として処理する。これにより と接点の座標を決める。回転後は、新しい座標を として を代入し、 の項が消える形に整理する。平方完成で標準形に直せば、係数が正であることから楕円と分かる。
解答
(1)
曲線が 軸に接する条件を調べる。 を代入すると である。 軸に接するためには、この二次方程式が重解をもてばよい。したがって判別式は0であり、 である。よって となる。、 だから である。
このとき重解は である。よって 軸との接点は である。
同様に を代入すると となり、同じ重解をもつ。したがって 軸との接点は である。
(2)
回転後の座標を とし、 とおく。このとき である。これを与えられた曲線の方程式に代入すると である。整理して すなわち を得る。
(1) より だから である。したがって であり、平方完成すると となる。両辺を で割って である。、 なので、これは中心 をもつ楕円である。
別解
解法2
方針
先に45度回転座標 を導入して交差項を消す。元の座標軸は回転座標では なので、楕円候補とこの直線の交点が重解になる条件から と接点を同時に決める。
解答
(1)
45度回転した座標をとおく。逆変換は元の方程式はとなる。
軸は だから、接点ではが重解をもつ。よって判別式から より重解はしたがって元の座標では 軸は であり、同様に接点は(2)
回転後の方程式へ求めた を代入すると平方完成してすなわち なので、これは中心 、半軸長 の楕円である。
総評
接線条件を判別式で処理し、回転で交差項を消す問題。(1)では接する点を「重解」として出すため、判別式0だけでなく重解の値まで書く必要がある。(2)は45度回転の代入で 、、 がどう変わるかを明示すると計算が安定する。平方完成後に を使って標準形の分母が正であることを確認すれば、楕円であることがきちんと示せる。 軸への接触を元座標と回転座標の双方で重解条件として確認し、接点と楕円標準形が一致した。