放物線と2接線で囲まれた部分(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 放物線と2接線で囲まれた部分(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
点 $(2,\ -1)$ から放物線 $y=x^2-4x+5$ に 2 本の接線を引く.この 2 本の接線と放物線で囲まれた部分の面積を求めよ.
接点の $x$ 座標を $t$ とすると,$y'=2x-4$ より接線は
\[ y=(2t-4)(x-t)+t^2-4t+5=(2t-4)x-t^2+5 \]
点 $(2,\ -1)$ を通るから $-1=4t-8-t^2+5$,すなわち $t^2-4t+2=0$ で $t=2\pm\sqrt{2}$.$\alpha=2-\sqrt{2}$,$\beta=2+\sqrt{2}$ とする.
2 本の接線はともに点 $(2,\ -1)$ を通るから,その交点の $x$ 座標は $2$ である.
接点の $x$ 座標が $\alpha$ である接線の方程式は $y=(2\alpha-4)x-\alpha^2+5$ であるから
\[ (x^2-4x+5)-\{(2\alpha-4)x-\alpha^2+5\}=x^2-2\alpha x+\alpha^2=(x-\alpha)^2\geqq 0 \]
接点の $x$ 座標が $\beta$ である接線についても,$\alpha$ を $\beta$ に置き換えて,差は $(x-\beta)^2\geqq 0$ である.
よって,放物線は 2 本の接線の上側にあるから(下図)
\[ S=\int_\alpha^2(x-\alpha)^2\,dx+\int_2^\beta(x-\beta)^2\,dx=\frac{(2-\alpha)^3}{3}+\frac{(\beta-2)^3}{3}=2\cdot\frac{(\sqrt{2})^3}{3}=\frac{4\sqrt{2}}{3} \]
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