方針
楕円上の点を と置く。接線の傾きは陰関数微分で求め、法線 の傾きを出す。 の 切片と 切片を求めると、座標軸と作る三角形の面積が に比例するので、最大は で決まる。
解答
楕円 の第1象限部分なので、とおける。
陰関数微分により だから、 における接線 の傾きは である。したがって法線 の傾きは である。よって の方程式は である。
軸との交点を求めるため とすると である。 なので割って となり、 切片は である。
次に 軸との交点を求めるため とすると だから、 切片は である。三角形の面積は切片の絶対値を用いてである。 では なので、 は 、すなわち のとき最大となる。
したがって最大値は であり、そのとき である。
別解
解法2(法線ベクトルと相加・相乗平均)
方針
点を のまま扱い、楕円の法線方向 から2つの切片を直接出す。面積は に比例するため、楕円の式そのものへ相加・相乗平均を適用する。
解答
点 とおく。ただしである。楕円 の における法線方向ベクトルは だから、法線 はと表せる。
軸との交点では より である。したがって 切片はである。 軸との交点では より であり、 切片はである。
よって三角形の面積はである。一方、だからである。等号は のときに成り立つ。これと を連立するととなる。したがってである。
総評
難度6、計算量6。目安時間は18分。楕円の第1象限を三角関数で置くと、法線の切片計算が整理される。採点点は、接線ではなく法線 と座標軸で囲む三角形であること、 切片が負になるため面積では絶対値を取ること、最後に の最大として処理することである。 の座標は第1象限なので、端点ではなく内部の で最大をとる。 第2解法では主解法と異なる構造を用い、同じ結論を独立に再現した。