2020年センター数学2B第2問 ①[ウ]

この記事では、2020年大学入試センター試験数学2B第2問の[ウ]までを解説します。


2020年センター数学1A前回の問題→第2問[2]データの分析
2020年センター数学2B前回の問題→第1問[2]指数対数


昨年のセンター数学
2019年数学1A
2019年数学2B


■ 問題

2020年センター試験数2Bより

第2問

 a>0とし、f(x)=x^2-(4a-2)x+4a^2+1とおく。座標平面上で、
放物線y=x^2+2x+1をC,放物線y=f(x)をDとする。また、lをCとD
の両方に接する直線とする。

(1) lの方程式を求めよう。
 lとCは点(t,t^2+2t+1)において接するとすると、lの方程式は

 y=([ア]t+[イ])x-t^2+[ウ] ……{1}

である。また、lとDは点(s,f(s))において接するとすると、lの方程式は

 y=([エ]s-[オ]a+[カ])x-s^2+[キ]a^2+[ク] ……{2}

である。ここで、{1}と{2}は同じ直線を表しているので、t=[ケ],s=[コ]aが
成り立つ。
 したがって、lの方程式はy=[サ]x+[シ]である。

(2) 2つの放物線C,Dの交点のx座標は[ス]である。
 Cと直線l,および直線x=[ス]で囲まれた図形の面積をSとすると、
S=(a^[セ])/[ソ]である。

(3) a≧1/2とする。二つの放物線C,Dと直線lで囲まれた図形の中で
0≦x≦1を満たす部分の面積Tは,a>[タ]のとき、aの値によらず

 T=[チ]/[ツ]

であり、1/2≦a≦[タ]のとき

 T=-[テ]a^3+[ト]a^2-[ナ]a+[ニ]/[ヌ]

である。

(4) 次に、(2), (3)で定めたS,Tに対して、U=2T-3Sとおく。aが
1/2≦a≦[タ]の範囲を動くとき、Uはa=[ネ]/[ノ]で最大値[ハ]/[ヒフ]を
とる。


※分数は(分子)/(分母)、xの2乗はx^2、マーク部分の□は[ ]で表記して
います。




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■ 解説

では今回の問題を確認してみましょう!

 「a>0」という条件で、「f(x)=x^2-(4a-2)x+4a^2+1」が
与えられています。さらに、

「放物線y=x^2+2x+1をC,放物線y=f(x)をD」としています。
そして、「CとDの両方に接する直線をl」としているようです。

最初の設問では、lとCの接点を(t,t^2+2t+1)として、このtを使って
接線lの方程式を求めます。

導関数は接線の傾きを表す関数です。
だから「接線の方程式を求めたければ、まずは微分」と考えます。

C:y=x^2+2x+1を微分してみると、

y'=2x+2

これが接線の傾きを表す関数なので、接点のx座標を代入すれば、その点における
接線の傾きが出るというわけです。

接点はCなので、x=tを代入して、

y'=2t+2

つまり、求める直線lは、傾きが2t+2で(t,t^2+2t+1)を通る直線
ですね。

★ 直線の公式y-y1=m(x-x1)にこれらの値を代入すると、

y-(t^2+2t+1)=(2t+2)(x-t)

あとはこれを計算して、解答の形式と同じ形にしていきます。

y=(2t+2)(x-t)+t^2+2t+1
 =(2t+2)x-2t^2-2t+t^2+2t+1
 =(2t+2)x-t^2+1

よって、[ア]=2,[イ]=2,[ウ]=1


つづく


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