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という疑問も解決しておきましょう。 \(f'(a)=0\)のときは、傾き\(\displaystyle-\frac{1}{f'(a)}\)の 分母が0になってしまいます 。 そのため、\(\displaystyle y-f(a)=-\frac{1}{f'(a)}(x-a)\)では表せません。 では、\(f'(a)=0\)とはどのような状態なのでしょうか。 \(f'(a)\)とは\(x=a\)での接線の傾きを表していました。 つまり、 \(f'(a)=0\)とは\(x=0\)での接線が\(x\)軸に並行 な状態ということです。 ということは、法線は\(y\)軸に並行になります。 \(x=a\)を通り、\(y\)軸に並行な直線の式は、$$x=a$$となるということです。 3. 接線を求める問題の解き方 接線を求める問題は2種類ある! さて、接線の方程式が\(y-f(a)=f'(a)(x-a)\)となることを理解したところで、実際に問題を解いてみましょう。 接線を求める問題は、 接点が与えられているパターン 曲線の外の点が与えられているパターン の2つがあります。 どちらのパターンかは問題を読めばわかります。 まず、1. 中学数学：中3平行線と線分の比⑤・神奈川県 | 数樂管理人のブログ. の接点が与えられているパターンでは、 「点\((a, b)\) における 接線の方程式を求めよ」 という問題文になっています。 例:曲線\(y=x^3+2\)上の点\((-1, 1)\)に おける 接線の方程式を求めよ。 それに対して、2.
今回は接線と法線の方程式と、問題の解き方について解説します! こんな人に向けて書いてます! 平行線と線分の比 証明. 接線の方程式を忘れちゃった人 接線を求める問題が苦手な人 法線ってなんだっけ?っていう人 1. 接線の方程式 接線公式 \(y=f(x)\)の\(x=a\)における接線の方程式は、 $$y-a=f'(a)(x-a)$$ で与えられる。 接線公式の証明 接線の方程式が\(y-a=f'(a)(x-a)\)となる理由を考えます。 まず、接線は直線なので、一次関数\(y=mx+n\)の形で表されます。 \(m\)は接線の傾きですが、これが微分係数\(f'(a)\)で与えられることは以前説明しました。 もし、接線が原点を通るなら、接線の方程式\(l_0\)は $$l_0\: \ y=f'(a)x$$ で与えられることになります。 しかし、実際は必ずしも原点を通るとは限りません。 そこで、接線が\((a, f(a))\)を通るということを利用します。 \(l_0\)を \(x\)軸方向に\(a\)、\(y\)軸方向に\(f(a)\)だけ平行移動 すれば、\(x=a\)における接線の方程式\(l\)が次のようになることがわかります。 つまり、$$l \: \ y-f(a)=f'(a)(x-a)$$となります。 パイ子ちゃん え、最後なんでそうなるの? となっているかもしれないので、説明を補足します。 \(y=f(x)\)のグラフは、 \(x\)を\(x-a\)、\(y\)を\(y-b\)に置き換えることで \(x\)軸方向に\(a\)、\(y\)軸方向に\(b\)だけ平行移動することができます。 例:\(y=\sin^2{x}\log{2x}\)を\(x\)軸方向に\(1\)、\(y\)軸方向に\(-3\)だけ平行移動すると、 $$y+3=\sin^2{(x-1)}\log{(2x-2)}$$ なので、\(l_0 \: \ y=f'(a)x\)を\(x\)軸方向に\(a\)、\(y\)軸方向に\(f(a)\)だけ平行移動させると、 $$l \: \ y-f(a)=f'(a)(x-a)$$ となります。 2. 法線の方程式 シグ魔くん そもそも、法線ってなんだっけ? という人のために、念のため法線の定義を載せておきます。 法線 \(f(x)\)の\(x=a\)における接線\(l\)と垂直に交わる直線を、接線\(l\)に対する 法線 という。 法線公式 \(y=f(x)\)の\(x=a\)における法線の方程式は、 \(f'(a)\neq0\)のとき、 $$y-f(a)=-\frac{1}{f'(a)}(x-a)$$ \(f'(a)=0\)のとき、 $$x=a$$ で与えられる。 法線公式の証明 法線の方程式も、考え方は接線のときとほぼ同じです。 まず、\(x=a\)における法線の傾きはどのように表せるでしょうか。 これは、 二つの直線が直交するとき、傾きの積が\(-1\)になる ことを使います。 もちろん、接線と法線は直交するので、接線の傾きは\(f'(a)\)なので、法線の傾きを\(n\)とすれば、 $$f'(a)\times n=-1$$ すなわち、法線の傾き\(n\)は、 $$n=-\frac{1}{f'(a)}$$ となります。 あとは、接線のときと同様に、原点を通るときから平行移動させれば、法線の方程式 $$y-f(a)=-\frac{1}{f'(a)}(x-a)$$ が得られます。 パイ子ちゃん \(f'(a)=0\)のときはなんで\(x=a\)なの?
という風に考えたかもしれません。 ですが、接線の方程式は、接点\((a, f(a)\)における接線を求める公式です。 なので、今回の問題のように、 \(1, 0\)が接点とならないときは、接線の方程式に代入することはできません。 実際、\(y=x^2+3\)に\(x=1, y=0\)を代入しても等式が成り立たないことがわかると思います。 パイ子ちゃん え〜、じゃあどうすればいいの? このパターンの問題では、接点がわからないのが厄介なので、 とりあえず接点を\(t, f(t)\)とおきます。 そうすれば、接線の方程式から、 $$y-f(t)=f'(t)(x-t)$$ となります。 \(f'(x)=2x\)なので、\(f'(t)=2t\)となります。 また、\(f(x)=x^2+3\)なので、当然\(f(t)=t^2+3\)となります。 よって、 とりあえずの 接点\(t, f(t)\)における接線の方程式は、 $$y-(t^2+3)=2t(x-t)$$ と表されます。 そして、 この接線は点\((1, 0)\)を通っている はずなので、\(x=1, y=0\)を代入すると、 $$-(t^2+3)=2t(1-t)$$ となり、これを解くと、\(t=-1, 3\)となります。 よって、\(y-(t^2+3)=2t(x-t)\)に、\(t=-1\)と\(t=3\)をそれぞれ代入すれば、答えが求められます。 したがって、 $$y=-2x+2$$ $$y=6x-6$$ の2つが答えです。
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