x=cosθ, y=sinθ とおく2次式の最大・最小(A)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: x=cosθ, y=sinθ とおく2次式の最大・最小(B) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
実数 $x,\ y$ が $x^2+y^2=1$ を満たすとき,$x^2+2\sqrt{3}\,xy-y^2$ の最大値と最小値,およびそのときの $x,\ y$ の値を求めよ.
$x^2+y^2=1$ より $x=\cos\theta$,$y=\sin\theta$ $(0\leqq\theta<2\pi)$ とおける.このとき
\[ x^2+2\sqrt{3}\,xy-y^2=\cos^2\theta-\sin^2\theta+2\sqrt{3}\sin\theta\cos\theta=\cos 2\theta+\sqrt{3}\sin 2\theta=2\sin\left(2\theta+\frac{\pi}{6}\right) \]
$\dfrac{\pi}{6}\leqq 2\theta+\dfrac{\pi}{6}<4\pi+\dfrac{\pi}{6}$ であるから,最大値 $2$,最小値 $-2$.
最大となるのは $2\theta+\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{\pi}{2},\ \dfrac{5}{2}\pi$,すなわち $\theta=\dfrac{\pi}{6},\ \dfrac{7}{6}\pi$ のときで,$(x,\ y)=\left(\dfrac{\sqrt{3}}{2},\ \dfrac{1}{2}\right),\ \left(-\dfrac{\sqrt{3}}{2},\ -\dfrac{1}{2}\right)$
最小となるのは $2\theta+\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{3}{2}\pi,\ \dfrac{7}{2}\pi$,すなわち $\theta=\dfrac{2}{3}\pi,\ \dfrac{5}{3}\pi$ のときで,$(x,\ y)=\left(-\dfrac{1}{2},\ \dfrac{\sqrt{3}}{2}\right),\ \left(\dfrac{1}{2},\ -\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)$
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