和と積を座標とする点の範囲(A)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 和と積を座標とする点の範囲(B) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
実数 $x,\ y$ が $x^2+y^2\leqq 1$ を満たしながら動くとき,点 $(x+y,\ xy)$ の動く領域を求め,図示せよ.
$X=x+y$,$Y=xy$ とおく.$x,\ y$ は $t$ の 2 次方程式 $t^2-Xt+Y=0$ の 2 つの解であり,$x,\ y$ が実数であるための条件は,判別式から
\[ X^2-4Y\geqq 0 \quad\text{すなわち}\quad Y\leqq\frac{X^2}{4}\quad\cdots\text{①} \]
また,$x^2+y^2=(x+y)^2-2xy=X^2-2Y$ であるから,条件 $x^2+y^2\leqq 1$ は
\[ X^2-2Y\leqq 1 \quad\text{すなわち}\quad Y\geqq\frac{X^2-1}{2}\quad\cdots\text{②} \]
逆に,①,② を満たす $(X,\ Y)$ に対して,① より $t$ の 2 次方程式 $t^2-Xt+Y=0$ は実数解をもつ.その 2 つの解(重解のときは同じ値)を $x,\ y$ とすると,$x+y=X$,$xy=Y$ であり,② より $x^2+y^2=X^2-2Y\leqq 1$ を満たす.
2 つの放物線の交点は $\dfrac{X^2}{4}=\dfrac{X^2-1}{2}$ より $X=\pm\sqrt{2}$.よって,求める領域は 2 つの放物線 $y=\dfrac{x^2}{4}$,$y=\dfrac{x^2-1}{2}$ で囲まれた部分(境界を含む.下図).
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