極方程式を x, y の式に直す(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 極方程式を x, y の式に直す(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
次の極方程式を直交座標の方程式で表し,どのような図形か答えよ.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $r=2\sin\theta+2\cos\theta$
\item[(2)] $r^2\cos 2\theta=1$
\item[(3)] $r=\dfrac{1}{2-\cos\theta}$
\end{enumerate}
(1) 両辺に $r$ を掛けて $x^2+y^2=2y+2x$($r=2\sin\theta+2\cos\theta$ は $\theta=\dfrac{3}{4}\pi$ のとき $r=0$ となり極を通るから,$r$ を掛けても表す図形は変わらない).$(x-1)^2+(y-1)^2=2$ で,中心 $(1,\,1)$,半径 $\sqrt{2}$ の円
(2) $\cos 2\theta=\cos^2\theta-\sin^2\theta$ より $r^2\cos^2\theta-r^2\sin^2\theta=1$,すなわち $x^2-y^2=1$.双曲線
(3) $2r-r\cos\theta=1$ より $2r=x+1$.両辺を 2 乗して $4(x^2+y^2)=(x+1)^2$,整理して
\[ 3x^2-2x+4y^2=1 \]
$x$ について平方完成すると $3\left(x-\dfrac{1}{3}\right)^2+4y^2=\dfrac{4}{3}$ となる.
すなわち
\[ \frac{\left(x-\frac{1}{3}\right)^2}{\frac{4}{9}}+\frac{y^2}{\frac{1}{3}}=1 \]
この楕円上の点は $-\dfrac{1}{3}\leqq x\leqq 1$ を満たすから $x+1>0$ であり,$2r=x+1$ が成り立つ.
よって,楕円(中心 $\left(\dfrac{1}{3},\,0\right)$)
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