3本の接線が引ける点の存在範囲(B)
★★★★☆☆☆(地方国立・MARCH) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 3本の接線が引ける点の存在範囲(A) (★★★★☆☆☆(地方国立・MARCH))
問題
点 P$(p,\ q)$ から曲線 $y=x^3$ に 3 本の接線が引けるような点 P の存在範囲を図示せよ.
曲線上の点 $(t,\ t^3)$ における接線は $y=3t^2x-2t^3$.これが P を通るから
\[ 2t^3-3pt^2+q=0\quad\cdots\text{①} \]
3 次関数のグラフでは,接点が異なれば接線も異なるから,3 本の接線が引ける条件は,① が異なる 3 つの実数解をもつことである.$g(t)=2t^3-3pt^2+q$ とおくと $g'(t)=6t(t-p)$ で,条件は
\[ p\neq 0,\qquad g(0)\,g(p)=q(q-p^3)<0 \]
($p=0$ のとき $q\cdot q\geqq 0$ となるので,この不等式は $p\neq 0$ を含む.)
$p>0$ のとき $0<q<p^3$,$p<0$ のとき $p^3<q<0$.
よって,求める範囲は $x$ 軸と曲線 $y=x^3$ にはさまれた部分(境界を含まない)で,下図の網目部分である.
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