福田の入試問題解説〜東京大学2022年理系第4問〜3次関数のグラフと直線の囲む2つの部分の面積 - 質問解決D.B.(データベース)

福田の入試問題解説〜東京大学2022年理系第4問〜3次関数のグラフと直線の囲む2つの部分の面積

問題文全文(内容文):
座標平面上の曲線
$C:y=x^3-x$
を考える。
(1)座標平面上の全ての点Pが次の条件$(\textrm{i})$を満たすことを示せ。
$(\textrm{i})$点Pを通る直線lで、曲線Cと相異なる3点で交わるものが存在する。
(2)次の条件$(\textrm{ii})$を満たす点Pのとりうる範囲を座標平面上に図示せよ。
$(\textrm{ii})$点Pを通る直線lで、曲線Cと相異なる3点で交わり、かつ、直線lと
曲線Cで囲まれた2つの部分の面積が等しくなるものが存在する。

2022東京大学理系過去問
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指導講師: 福田次郎
問題文全文(内容文):
座標平面上の曲線
$C:y=x^3-x$
を考える。
(1)座標平面上の全ての点Pが次の条件$(\textrm{i})$を満たすことを示せ。
$(\textrm{i})$点Pを通る直線lで、曲線Cと相異なる3点で交わるものが存在する。
(2)次の条件$(\textrm{ii})$を満たす点Pのとりうる範囲を座標平面上に図示せよ。
$(\textrm{ii})$点Pを通る直線lで、曲線Cと相異なる3点で交わり、かつ、直線lと
曲線Cで囲まれた2つの部分の面積が等しくなるものが存在する。

2022東京大学理系過去問
投稿日:2022.02.28

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C上の点P$(\alpha,\alpha^3-\alpha)$を通り、
点PにおけるCの接線と垂直に交わる直線をlとする。Cとlは相異なる3点で交わるとする。
(1)$\alpha$のとりうる値の範囲を求めよ。
(2)Cとlの点P以外の2つの交点のx座標を$\beta,\gamma$とする。ただし$\beta \lt \gamma$とする。
$\beta^2+\beta\gamma+\gamma^2-1\neq 0$ となることを示せ。
(3)(2)の$\beta,\gamma$を用いて、
$u=4\alpha^3+\frac{1}{\beta^2+\beta\gamma+\gamma^2-1}$
と定める。このとき、uの取りうる値の範囲を求めよ。

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$AB=AC=1,\ BC=a$の二等辺三角形$ABC$の内接円を$I$、外接円を$O$とする。
ただし、$0 \lt a \lt \sqrt2$ である。また、三角形$ABC$と円$I$の3つの接点を頂点とする
三角形を$T$、3点$A,\ B,\ C$で円$O$に外接する三角形を$U$とする。次の問いに答えよ。
(1)三角形$T$の、$BC$に平行な辺の長さ$t$を$a$で表せ。
(2)三角形$U$の、$BC$に平行な辺の長さ$u$を$a$で表せ。
(3)$\frac{t}{u}=p$とする。$p$が最大となる$a$の値と、そのときの$p$の値を求めよ。

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