焦点を通る弦の長さの逆数の和(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 焦点を通る弦の長さの逆数の和(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
原点 $\mathrm{F}$ を焦点とする放物線 $r=\dfrac{2}{1-\cos\theta}$ について,$\mathrm{F}$ を通り互いに直交する 2 本の直線が放物線と交わってできる弦を $\mathrm{PQ}$,$\mathrm{RS}$ とする.
\begin{enumerate}
\item[(1)] 弦 $\mathrm{PQ}$ の偏角を $\theta$($\mathrm{P}$ の偏角)とするとき,$\mathrm{PQ}$ の長さを $\theta$ で表せ.
\item[(2)] $\dfrac{1}{\mathrm{PQ}}+\dfrac{1}{\mathrm{RS}}$ は一定であることを示し,その値を求めよ.
\end{enumerate}
(1) $\mathrm{FP}=\dfrac{2}{1-\cos\theta}$,$\mathrm{FQ}=\dfrac{2}{1-\cos(\theta+\pi)}=\dfrac{2}{1+\cos\theta}$ であるから
\[ \mathrm{PQ}=\mathrm{FP}+\mathrm{FQ}=\frac{2(1+\cos\theta)+2(1-\cos\theta)}{1-\cos^2\theta}=\frac{4}{\sin^2\theta} \]
($\sin\theta\neq 0$,すなわち弦が軸に平行でないとき.)
(2) $\mathrm{RS}$ の偏角は $\theta+\dfrac{\pi}{2}$ である.$\mathrm{RS}$ も弦であるから軸に平行でなく,$\sin\left(\theta+\dfrac{\pi}{2}\right)=\cos\theta\neq 0$ である.よって,(1) と同様にして
\[ \mathrm{RS}=\frac{4}{\sin^2\left(\theta+\frac{\pi}{2}\right)}=\frac{4}{\cos^2\theta} \]
よって
\[ \frac{1}{\mathrm{PQ}}+\frac{1}{\mathrm{RS}}=\frac{\sin^2\theta+\cos^2\theta}{4}=\frac{1}{4} \]
一定値 $\dfrac{1}{4}$ である. \hfill 終
(直交座標では放物線 $y^2=4(x+1)$ である.)
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