2016年慶應大学総合政策数学|過去問徹底研究大問4

方針の立て方

問題文で「２つの曲線が交点Pで接するとは，Pにおける接線が一致することを意味し」という部分に着目し，これに沿って考える．つまり，接点の座標をおいて，その点での２曲線の接線をそれぞれ求めて，その２つの接線が一致する条件を書き下す．
面積の方は典型的な問題であるため特筆事項なし．

解答例
(43)(44)(45)(46)…… $\frac{-3}{04}$
(47)(48)(49)(50)…… $\frac{13}{04}$
(51)(52)(53)(54)…… $\frac{08}{03}$

解説

〇 $C$ と $C_1$ の接点の $x$ 座標と $C$ と $C_2$ の接点の $x$ 座標((43)～(50))について
$C$ と $C_1$ の接点の $x$ 座標を $x=\alpha$ ， $C$ と $C_2$ の接点の $x$ 座標を $x=\beta$ とする．
$C$ について， $y^\prime=x+a$ である．
よって， $x=\alpha$ ( $y=\frac{1}{2}\alpha^2+a\alpha+b$ )での接線は $y=\left(\alpha+a\right)x-\frac{1}{2}\alpha^2+b$ …①であり， $x=\beta$ ( $y=\frac{1}{2}\beta^2+a\beta+b$ )での接線は $y=\left(\beta+a\right)x-\frac{1}{2}\beta^2+b$ …②である．
$C_1$ について， $y^\prime=2x$ である．
よって， $x=\alpha$ ( $y=\alpha^2$ )での接線は $y=2\alpha x-\alpha^2$ …③である．
$C_2$ について， $y^\prime=2x-4$ である．
よって， $x=\beta$ ( $y=\beta^2-4\beta+5$ )での接線は $y=\left(2\beta-4\right)x-\beta^2+5$ …④である．
①と③，②と④が一致すれば必要十分のため，係数比較をすると，
$\begin{cases} \alpha+a=2\alpha \\ -\frac{1}{2}\alpha^2+b=-\alpha^2 \end{cases}$
$\begin{cases} \beta+a=2\beta-4 \\ -\frac{1}{2}\beta^2+b=-\beta^2+5 \end{cases}$
となる．これを解くと，
$\begin{cases} \alpha=-\frac{3}{4} \\ \beta=\frac{13}{4} \\ a=-\frac{3}{4} \\ b=-\frac{9}{32} \end{cases}$
よって，
$C$ と $C_1$ の接点の $x$ 座標は， $-\frac{3}{4}$ ……(答)
$C$ と $C_2$ の接点の $x$ 座標は， $\frac{13}{4}$ ……(答)

〇面積((51)～(54))について
$C_2$ と $C_2$ の交点は，
$\begin{cases} y=x^2 \\ y=x^2-4x+5 \end{cases}$
を解くことで， $\left(\frac{5}{4},\frac{25}{16}\right)$ と分かる．
よって，求める面積は，
$\int_{-\frac{3}{4}}^{\frac{5}{4}}\left\{x^2-\left(\frac{1}{2}x^2-\frac{3}{4}x-\frac{9}{32}\right)\right\}dx+\int_{\frac{5}{4}}^{\frac{13}{4}}\left\{\left(x^2-4x+5\right)-\left(\frac{1}{2}x^2-\frac{3}{4}x-\frac{9}{32}\right)\right\}dx=\int_{-\frac{3}{4}}^{\frac{5}{4}}\left(\frac{1}{2}x^2+\frac{3}{4}x+\frac{9}{32}\right)dx+\int_{\frac{5}{4}}^{\frac{13}{4}}\left(\frac{1}{2}x^2-\frac{13}{4}x+\frac{169}{32}\right)dx=\left[\frac{1}{6}x^3+\frac{3}{8}x^2+\frac{9}{32}x\right]_{-\frac{3}{4}}^{\frac{5}{4}}+\left[\frac{1}{6}x^3-\frac{13}{8}x^2+\frac{169}{32}x\right]_{\frac{5}{4}}^{\frac{13}{4}}=\frac{4}{3}+\frac{4}{3}=\frac{8}{3}$ ……(答)