楕円上の点を三角関数で表して最大・最小(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 楕円上の点を三角関数で表して最大・最小(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
楕円 $\dfrac{x^2}{4}+y^2=1$ 上の点 $\mathrm{P}$ と直線 $\ell:x+2y=6$ の距離の最大値と最小値,およびそのときの点 $\mathrm{P}$ の座標を求めよ.
$\mathrm{P}(2\cos\theta,\,\sin\theta)$($0\leqq\theta<2\pi$)とすると,$\mathrm{P}$ と $\ell$ の距離 $d$ は
\[ d=\frac{|2\cos\theta+2\sin\theta-6|}{\sqrt{5}}=\frac{6-2\sqrt{2}\sin\left(\theta+\frac{\pi}{4}\right)}{\sqrt{5}} \]
($2\sqrt{2}\sin\left(\theta+\frac{\pi}{4}\right)\leqq 2\sqrt{2}<6$ より絶対値の中は負.)
$0\leqq\theta<2\pi$ より $\dfrac{\pi}{4}\leqq\theta+\dfrac{\pi}{4}<\dfrac{9}{4}\pi$ であるから,$\sin\left(\theta+\dfrac{\pi}{4}\right)$ は $\theta+\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{\pi}{2}$ のとき最大値 $1$,$\theta+\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{3}{2}\pi$ のとき最小値 $-1$ をとる.
最小値:$\theta=\dfrac{\pi}{4}$ のとき $\dfrac{6-2\sqrt{2}}{\sqrt{5}}=\dfrac{6\sqrt{5}-2\sqrt{10}}{5}$,$\mathrm{P}\left(\sqrt{2},\,\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right)$
最大値:$\theta=\dfrac{5}{4}\pi$ のとき $\dfrac{6+2\sqrt{2}}{\sqrt{5}}=\dfrac{6\sqrt{5}+2\sqrt{10}}{5}$,$\mathrm{P}\left(-\sqrt{2},\,-\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right)$
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