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◇◆ センター過去問解説 ◆◇ vol.121 ≪2014年 数2B 第1問[1]≫
2014/10/2配信
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【高校数学】読むだけでわかる!センター数学の考え方 vol.1より
■ 問題
2014年大学入試センター試験数学2B
第1問
[1] Oを原点とする座標平面において、点P(p,q)を中心とする円Cが、
方程式y=(4/3)xで表される直線lに接しているとする。
(1) 円Cの半径rを求めよう。
点Pを通り直線lに垂直な直線の方程式は
y=−([ア]/[イ])(x−p)+q
なので、Pからlに引いた垂線とlの交点Qの座標は
((3/25)([ウ]p+[エ]q),(4/25)([ウ]p+[エ]q))
となる。
求めるCの半径rは、Pとlの距離PQに等しいので、
r=(1/5)|[オ]p−[カ]q| ・・・{1}
である。
(2) 円Cが、x軸に接し、点R(2,2)を通る場合を考える。このとき、
p>0,q>0である。Cの方程式を求めよう。
Cはx軸に接するので、Cの半径rはqに等しい。したがって、{1}により、
p=[キ]qである。
Cは点Rを通るので、求めるCの方程式は
(x−[ク])^2+(y−[ケ])^2=[コ] ・・・{2}
または
(x−[サ])^2+(y−[シ])^2=[ス] ・・・{3}
であることがわかる。ただし[コ]<[ス]とする。
(3) 方程式{2}の表す円の中心をS,方程式{3}の表す円の中心をTとおくと、
直線STは原点Oを通り、点Oは線分STを[セ]する。[セ]に当てはまるものを、
次の{0}〜{5}のうちから一つ選べ。
{0} 1:1に内分 {1} 1:2に内分 {2} 2:1に内分
{3} 1:1に外分 {4} 1:2に外分 {5} 2:1に外分
※分数は(分子)/(分母)、xの2乗はx^2、マル1は{1}
マーク部分の□は[ ]で表記しています。
まずは自力で解けるところまで解いてみてください。自分なりの考えを持ちながら
解説を読むと、考え方をスムーズに習得でき、短期間でも大幅に実力アップ!
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このメルマガの筆者江間淳は、主に水戸市などで家庭教師をやっています。
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■ 解説目次
■ 解説目次
◆1 y−y1=m(x−x1)も使えるようにしよう!
◆2 円の標準形と一般形
◆3 グラフは決まっているものを先に描こう
◆4 垂直条件はmm’=−1
◆5 交点なら連立
↑↑ −−− (このメルマガでの解説はここまで) −−− ↑↑
◆6 半径と接線は垂直
◆7 x軸に接するなら、中心のy座標が半径
◆8 通る点は代入できる
◆9 O,S,Tは等間隔
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■ 解説
◆1 y−y1=m(x−x1)も使えるようにしよう!
2014年第1問[1]は直線や円に関する問題でした。
今回の問題に入る前に、直線と円の基本を確認しておきましょう!
「そんなの知ってるよ!」という人は、ここは飛ばしてもらってもOKです。
まず直線は、中学でも習ったように、★y=ax+bと表すことができます。
傾きがa,y切片がbですね。
2点を通る直線を求めたいときは、a,bについての式を2つ作って連立します。
高校ではこれを少し発展させて、2点を通るときも一発で直線の式が完成する
ようにしています。
2点の座標を(x1,y1),(x2,y2)とすると、
★ y−y1={(y2−y1)/(x2−x1)}(x−x1)
ここで、(y2−y1)/(x2−x1)の部分は要するに、中学でも変化の割合の定義
として習った、(yの増加量)/(xの増加量)です。
この変化の割合=傾きをmとすれば、★y−y1=m(x−x1)となります。
この式は、傾きと直線上の点1つがわかっているときに使える。と考えます。
y=ax+bで解けない問題はまずありませんが、時間短縮のためには、これら
高校で習った公式を使えるようにしておいた方がよいと思います。
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◆2 円の標準形と一般形
次に円の式を確認してみましょう!
中心の座標を(p,q)、半径をrとすると、
★ (x−p)^2+(y−q)^2=r^2
このように表すことができます。この形を円の標準形と言います。
言うまでもないかも知れませんが、円では中心と半径が重要です。
そして、この式を展開して整理すると、次のようにすることができます。
★ x^2+y^2+ax+by+c=0
展開してr^2を移項する。というわけですね。これが円の一般形です。
中心や半径についての情報がないときは、この式を利用することがあります。
また、この一般形を平方完成すると、標準形にすることができますね。
一般形で円の方程式を求めた場合は、標準形に直して、中心と半径を求める
場合が多いです。
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◆3 グラフは決まっているものを先に描こう
さて、前置きはこのくらいにして、今回の問題に取りかかってみましょう!
まずは問題の条件を確認します。
円Cと直線lについて説明がありますね。
円Cは点P(p,q)を中心としている。
直線lは方程式y=(4/3)xで表され、円Cに接している。
ことがわかります。
ここからは、グラフを描きながら読んでいってください。
まず、直線lは式が決まっているので、それらしく見えるように描きます。
点Pはまだ場所がわからないので、適当なところに取ります。
半径もまだわからないですが、直線lが接線になることは分かっているので、
先ほど描いた直線と接するように円を描きます。
描きましたか?
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◆4 垂直条件はmm'=−1
では、設問を確認しましょう!
「点Pを通り直線lに垂直な直線の方程式」を聞いていますね。
点P(p,q)は、今のところそのまま使うようなので、「直線lに垂直」という
部分に注目します。
直線の垂直条件は何でしたか?
★ mm'=−1
ですね。
つまり、垂直な直線は傾きを掛けると−1になります。
または、片方の傾きを逆数にして符号を変えると、もう片方になる。という見方
も可能です。
直線lの傾きは4/3なので、
(4/3)m'=−1
m'=−3/4
点P(p,q)とm'=−3/4をy−y1=m(x−x1)に代入すると、
y−q=(−3/4)(x−p)
y=(−3/4)(x−p)+q
となります。
よって、[ア]=3,[イ]=4
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◆5 交点なら連立
次は、この垂線とlとの交点を聞いています。
2直線の交点ならば、連立して解けばいいですね!
y=(4/3)xとy=(−3/4)(x−p)+qを連立して、
(4/3)x=(−3/4)(x−p)+q
16x=−9(x−p)+12q ←両辺に12を掛けた
16x=−9x+9p+12q
25x=9p+12q ←移項した
x=(9p+12q)/25
x=(3/25)(3p+4q)
このx座標をy=4/3xに代入すると、
y=(4/3)(3/25)(3p+4q)
=(4/25)(3p+4q)
よって、求める交点の座標は((3/25)(3p+4q),(4/25)(3p+4q))
となります。
つまり、[ウ]=3,[エ]=4
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この問題の解説の続きは、10/3の21時頃配信予定の
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