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曲線が接する

概要

曲線 、 が で接するための必要十分条件 (つまり全く同じ条件)は、

かつ

が成立すること。日本語にすると、 曲線が において同じ値となり(これが つ目の式に相当)、 同じ接線の傾き(微分係数) を持つ(これが つ目の式に相当)ということ。下のイメージで理解しておけばわざわざ覚えなくて済む。

片方だけではダメで、例えば で同じ値を取るけど微分係数が違う場合は、 曲線がクロスしてしまうし、

スクリーンショット 00071104 21.08.48.png

同じ微分係数だけど、違う値を取る場合は、 曲線が離れてしまう。

スクリーンショット 00071104 21.08.56.png

なので、どっちもそろって初めて「曲線が接する」と言える。

スクリーンショット 00071104 21.09.04.png

下の、 重解を使った考え方との頭の整理も大事。

<重解を使った考え方>

もし 曲線 、 が整式(イメージは 次関数や 次関数のような多項式)だった場合、接するための必要十分条件は、

が重解を持つこと

と書くこともでき、こっちで考えた方が考えやすいこともある(ただこれは 次関数や 次関数のような整式じゃないと使えないので、注意が必要)。出てきた重解が接点の 座標となる。また、 が 次関数だったら 「判別式 」 でいける。

例

つの放物線

+

が接するとき、定数 の値を求める。

上の考え方でいくと、接点の 座標を とおくと、接するための必要十分条件は、

つまり、

①②

となる。ここで、それぞれの導関数が

となることを用いた。

①②より を消去すると、

と求められる。このとき も存在する。

もう一つ、重解を使った解き方だと、

+

を考えて、これが重解を持つための必要十分条件は

と同じ解が求まる。

補足

「共通接線」という言葉との違いも大事。共通接線は、 曲線に対してどっちにも接する接線のことなので、図の通り 曲線が共有点を持つ必要はない。

スクリーンショット 00071104 21.09.14.png

ちなみに、曲線と書いてるが、直線でもOK。(直線の場合は、わざわさこういう条件を立てなくても解けることも多々ある)

「 曲線が接する」と言われたら、接点の 座標を置いてしまって、この 本の式を立てれば数式にできるので、 絶大な安心感はあるが、しっかり考えて上のように頭を整理しないと、頭がごちゃごちゃになって解きたくなくなるテーマでもある。

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