接線の位置を動かしたときの面積の最小(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 接線の位置を動かしたときの面積の最小(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
曲線 $y=e^x$ 上の点 $(t,\,e^t)\ (0\leqq t\leqq 1)$ における接線を $\ell$ とする.曲線 $y=e^x$,接線 $\ell$ および 2 直線 $x=0$,$x=1$ で囲まれた部分の面積 $S(t)$ の最小値を求めよ.
接線 $\ell$ は $y=e^t(x-t+1)$.曲線は下に凸であるから,$\ell$ は曲線の下側にある.
\[ S(t)=\int_0^1\{e^x-e^t(x-t+1)\}\,dx=(e-1)-e^t\left(\frac{1}{2}-t+1\right)=e-1-e^t\left(\frac{3}{2}-t\right) \]
\[ S'(t)=-e^t\left(\frac{3}{2}-t\right)+e^t=e^t\left(t-\frac{1}{2}\right) \]
$S'(t)=0$ とすると $t=\dfrac{1}{2}$ であり,$0\leqq t\leqq 1$ における $S(t)$ の増減表は次のようになる.
\[ \begin{array}{c|ccccc} t & 0 & \cdots & \dfrac{1}{2} & \cdots & 1 \\ \hline S'(t) & & - & 0 & + & \\ \hline S(t) & & \searrow & \text{極小} & \nearrow & \end{array} \]
よって,$S(t)$ は $t=\dfrac{1}{2}$ で最小となり,最小値は $S\left(\dfrac{1}{2}\right)=e-1-\sqrt{e}$
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