領域内での y/x の最大・最小(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 領域内での y/x の最大・最小(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
$x,\ y$ が $x^2+y^2\leqq 1$ を満たすとき,$\dfrac{y}{x-2}$ の最大値と最小値を求めよ.
$x^2+y^2\leqq 1$ のとき $x\leqq 1$ であるから,$x-2\neq 0$ である.$\dfrac{y}{x-2}=k$ とおくと,$k$ は点 A$(2,\ 0)$ と点 P$(x,\ y)$ を結ぶ直線の傾きである.P は円 $x^2+y^2=1$ の周および内部を動く.
傾きが最大・最小となるのは,直線 $y=k(x-2)$ が円に接するときである.原点と直線 $kx-y-2k=0$ の距離が $1$ に等しいから
\[ \frac{|-2k|}{\sqrt{k^2+1}}=1 \quad\text{より}\quad 3k^2=1,\quad k=\pm\frac{1}{\sqrt{3}} \]
接点は,原点から直線に下ろした垂線の足で,$k=\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ のとき $\left(\dfrac{1}{2},\ -\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)$,$k=-\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ のとき $\left(\dfrac{1}{2},\ \dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)$(下図).
よって,$x=\dfrac{1}{2},\ y=-\dfrac{\sqrt{3}}{2}$ のとき最大値 $\dfrac{\sqrt{3}}{3}$;$x=\dfrac{1}{2},\ y=\dfrac{\sqrt{3}}{2}$ のとき最小値 $-\dfrac{\sqrt{3}}{3}$
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