r²=a²cos2θ の曲線を調べる(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: r²=a²cos2θ の曲線を調べる(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
極方程式 $r^2=4\cos 2\theta$ で表される曲線について,次の問いに答えよ.
\begin{enumerate}
\item[(1)] 直交座標の方程式で表せ.
\item[(2)] 曲線上の点の $y$ 座標の最大値を求めよ.
\end{enumerate}
(1) 両辺に $r^2$ を掛けて $r^4=4(r^2\cos^2\theta-r^2\sin^2\theta)$,よって
\[ (x^2+y^2)^2=4(x^2-y^2) \]
(2) $r^2=4\cos 2\theta\geqq 0$ のとき $y^2=r^2\sin^2\theta=4\cos 2\theta\sin^2\theta$.$s=\sin^2\theta$ とおくと $\cos 2\theta=1-2s$ で
\[ y^2=4s(1-2s)=-8\left(s-\frac{1}{4}\right)^2+\frac{1}{2} \]
$\cos 2\theta\geqq 0$ より $0\leqq s\leqq\dfrac{1}{2}$ であり,$s=\dfrac{1}{4}$ のとき $y^2$ は最大値 $\dfrac{1}{2}$ をとる.
よって $y$ の最大値は $\dfrac{\sqrt{2}}{2}$($\sin^2\theta=\dfrac{1}{4}$,例えば $\theta=\dfrac{\pi}{6}$ のとき,$r=\sqrt{2}$)
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