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判別式で「接する条件」を求める

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判別式で「接する条件」を求める全2問
① 考えてみよう

放物線 y=x2−2x+ky = x^2 - 2x + k だよ。kk はまだ決めてない定数。『この放物線が xx 軸にちょうど接するような kk』を求めるのが今日の問題だよ。

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  1. ① 考えてみよう
  2. 1

    放物線 y=x2−2x+ky = x^2 - 2x + k だよ。kk はまだ決めてない定数。『この放物線が xx 軸にちょうど接するような kk』を求めるのが今日の問題だよ。

  3. 2

    kk を変えると放物線は上下にずれる。xx 軸と2点で交わったり、交わらなかったり…『1点だけで接する』kk はいくつだと思う?

  4. ② 考え方
  5. 3

    まず k=0k = 0 のとき。y=x2−2x=x(x−2)y = x^2 - 2x = x(x-2) だから、xx 軸とは x=0x = 0 と x=2x = 2 の2か所で交わる。実数解は2個だね。

  6. 4

    交点の数は判別式 D=b2−4acD = b^2 - 4ac で見分けられたね。ここは a=1a = 1、b=−2b = -2 だから D=4−4kD = 4 - 4k。k=0k = 0 では D=4D = 4 でプラス、だから2個なんだ。

  7. 5

    では kk を大きくしていこう。放物線が上へ動いて、2つの交点が近づいてくる。やがて…ちょうど頂点が xx 軸に乗って、1点で接したね!

  8. 6

    接するのは2つの交点が1つに重なったとき=重解だね。重解になるのは判別式がちょうど 0、つまり D=0D = 0 のときだったよ。

  9. 7

    ちなみに k=2k = 2 まで上げると、放物線は xx 軸より上に浮いて交わらない。実数解なし=「いつも y>0y>0(常に正)」で、このとき DD は D<0D<0 になっているよ。

  10. ③ 解答
  11. 8

    では接する条件 D=0D = 0 を解こう。4−4k=04 - 4k = 0 だから k=1k = 1。これが答え! 式も (x−1)2(x-1)^2 になって重解だと確かめられる。接する境目は D=0D = 0、交点の数は DD の符号で決まるのが使いどころだよ。

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。

放物線 y=x2−2x+ky = x^2 - 2x + k と xx 軸(y=0y = 0)の共有点の xx 座標は、2次方程式 x2−2x+k=0x^2 - 2x + k = 0 ……① の実数解である。

放物線が xx 軸に接するのは、共有点がただ1つのとき、すなわち①が重解をもつときである。

①の判別式を DD とすると、解の公式の D\sqrt{D} の部分が 00 になるとき2つの解が一致するので、重解をもつ条件は D=0D = 0

D=(−2)2−4×1×k=4−4kD = (-2)^2 - 4 \times 1 \times k = 4 - 4k なので 4−4k=04 - 4k = 0

よって k=1k = 1

(確かめ)k=1k = 1 のとき①は x2−2x+1=(x−1)2=0x^2 - 2x + 1 = (x - 1)^2 = 0 で、重解 x=1x = 1 をもつ。接点は (1,0)(1, 0) である。

答え k=1k = 1(接点 (1,0)(1, 0))

減点されやすいポイント

「接する」を「①が重解をもつ」「D=0D = 0」と言いかえる2行が、答案のいちばん大事なところだよ。−4ac-4ac の符号を取りちがえて D=4+4kD = 4 + 4k としてしまうと k=−1k = -1 になるけれど、このとき D=8>0D = 8 > 0 で、xx 軸と2点で交わってしまうね。「接する」を「交わらない」と取りちがえて k=2k = 2 のような値を選ぶと、D=−4<0D = -4 < 0 で共有点がなくなってしまうよ。

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