接線がつくる線分の長さが一定であることの証明(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 接線がつくる線分の長さが一定であることの証明(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
曲線 $x=\cos^3\theta$,$y=\sin^3\theta\ \left(0<\theta<\dfrac{\pi}{2}\right)$ 上の点 P における接線が $x$ 軸,$y$ 軸と交わる点をそれぞれ Q,R とする.線分 QR の長さは P の位置によらず一定であることを示せ.
$\dfrac{dx}{d\theta}=-3\cos^2\theta\sin\theta$,$\dfrac{dy}{d\theta}=3\sin^2\theta\cos\theta$ であり,$0<\theta<\dfrac{\pi}{2}$ より $\dfrac{dx}{d\theta}\neq 0$ であるから
\[ \frac{dy}{dx}=\frac{3\sin^2\theta\cos\theta}{-3\cos^2\theta\sin\theta}=-\frac{\sin\theta}{\cos\theta}=-\tan\theta \]
点 $\mathrm{P}(\cos^3\theta,\,\sin^3\theta)$ における接線は
\[ y-\sin^3\theta=-\frac{\sin\theta}{\cos\theta}(x-\cos^3\theta) \]
$y=0$ とすると $x=\cos^3\theta+\sin^2\theta\cos\theta=\cos\theta(\cos^2\theta+\sin^2\theta)=\cos\theta$
$x=0$ とすると $y=\sin^3\theta+\sin\theta\cos^2\theta=\sin\theta$
よって $\mathrm{Q}(\cos\theta,\,0)$,$\mathrm{R}(0,\,\sin\theta)$ で
\[ \mathrm{QR}=\sqrt{\cos^2\theta+\sin^2\theta}=1 \]
となり,P の位置によらず一定である.
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