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平行四辺形になる放物線上の点を求める

平行四辺形になる放物線上の点を求める全6問
(−3, 2)(0, 3)(1, 5)
① 考えてみよう

放物線 y=x2y = x^2 と、3つの点 A(−3,2)(-3, 2)・B(0,3)(0, 3)・C(1,5)(1, 5) があるよ。この3点を頂点にして、残り1つの頂点 D を放物線の上にとり、平行四辺形 ABCD を作りたいんだ。

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アニメを見なくても、このページの流れを最後まで文章で追えるよ。

  1. ① 考えてみよう
  2. 1

    放物線 y=x2y = x^2 と、3つの点 A(−3,2)(-3, 2)・B(0,3)(0, 3)・C(1,5)(1, 5) があるよ。この3点を頂点にして、残り1つの頂点 D を放物線の上にとり、平行四辺形 ABCD を作りたいんだ。

  3. 2

    平行四辺形は向かい合う辺が平行で同じ長さ。3点が決まれば、残りの1点 D は1か所に決まるよ。放物線の上のどこに来ると思う?

  4. ② 考え方
  5. 3

    平行四辺形のいちばんのカギは「2本の対角線が、互いの中点で交わる」こと。ABCD の対角線は AC と BD だね。まず AC の中点 M を出そう。M=(−3+12, 2+52)=(−1, 3.5)M = \left(\frac{-3+1}{2},\ \frac{2+5}{2}\right) = (-1,\ 3.5)。

  6. 4

    BD の中点も同じ M。だから B から M へ進んだのと同じだけ、M からさらに進んだ先が D だよ。D=2M−B=(2×(−1)−0, 2×3.5−3)=(−2, 4)D = 2M - B = (2\times(-1)-0,\ 2\times3.5-3) = (-2,\ 4)。(D=A+C−BD = A + C - B でも同じ答え。)

  7. 5

    この D(−2,4)(-2, 4) を放物線 y=x2y = x^2 に入れてみると、(−2)2=4(-2)^2 = 4 でぴったり。ちゃんと放物線の上にのっているね。

  8. ③ 解答
  9. 6

    だから答えは D(−2,4)(-2, 4)。平行四辺形 ABCD の完成だよ。残りの1点は「対角線の中点が一致」、または「D=A+C−BD = A + C - B」で一気に出せるんだ。

  10. 7

    座標と図形の融合は、この「対角線の中点で結ぶ」が定石。放物線上に来るかどうかは、出た座標を式に代入して確かめれば OK。これが平行四辺形の点を求める使いどころだよ。

答案の書き方(記述例)

解き方がわかったら、次は答案に書く番。テストの解答用紙には、こんなふうに書けば伝わるよ。

平行四辺形の対角線は互いの中点で交わるので、平行四辺形 ABCDABCD の対角線 ACAC と BDBD の中点は一致する。

ACAC の中点は (−3+12,2+52)=(−1,72)\left(\frac{-3 + 1}{2}, \frac{2 + 5}{2}\right) = \left(-1, \frac{7}{2}\right)

D(p,q)D(p, q) とおくと、BDBD の中点は (0+p2,3+q2)\left(\frac{0 + p}{2}, \frac{3 + q}{2}\right)

これらが一致するので p2=−1\frac{p}{2} = -1、3+q2=72\frac{3 + q}{2} = \frac{7}{2} より p=−2p = -2、q=4q = 4

x=−2x = -2 を y=x2y = x^2 に代入すると y=4y = 4 となるので、点 D(−2,4)D(-2, 4) は放物線上にある。

答え D(−2,4)D(-2, 4)

減点されやすいポイント

平行四辺形 ABCDABCD は頂点をこの順に結ぶので、対角線は ACAC と BDBD だよ。組み合わせをまちがえて ABAB と CDCD の中点をそろえると D(−4,0)D(-4, 0) になり、放物線の上にものらない。最後の「放物線上にある」確認も、問題の条件なので答案に書いておこう。

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