要約
この課では、放物線を、一つの定点(焦点)と一つの定直線(準線)から等距離にある点の集合として定義し、その定義から放物線の方程式を導く。グラフの平行移動によって、頂点が任意の点にある放物線の方程式を求め、2 次式のグラフはちょうど軸が鉛直な放物線であることを示す。平方完成によって、その頂点、焦点、準線が得られる。最後に、放物線と直線の交わりと、接線を扱う。
学習目標
- 焦点と準線による放物線の定義を述べ、そこから方程式を導く。
- を に、 を に置き換えてグラフを平行移動する。
- 2 次式で与えられた放物線の頂点、焦点、準線を求める。
- 放物線と直線の交わりと、与えられた傾きをもつ接線を求める。
二つの予備的な考え
二点間の距離
放物線の定義は距離に基づく。直線の方程式の課で見たように、平面上の二点間の距離は三平方の定理によって得られる:
点 と水平な直線 の距離は、それらを結ぶ鉛直な線分の長さ、すなわち と の差を正の符号でとったものである。これをその差の平方の平方根として書いておくと都合がよい。この値はつねに正または零である:
グラフの平行移動
グラフの変換の定理は、関数の演算の課で証明されたもので、 のグラフは のグラフを右に 、上に だけ平行移動したものであると述べる。その証明は曲線が関数のグラフであることを使わないので、 と の間のどんな方程式についても成り立つ。なぜなら、点 がもとの方程式を満たすのは、点 が、 を に、 を に置き換えて得られる方程式を満たすとき、かつそのときに限るからである。放物線の方程式はこのようにして平行移動される。
のグラフから出発し、それを右に単位の長さだけ、上に単位の長さだけ平行移動する。
証明
もとのグラフの最も低い点は原点にある。
を に置き換える:各点は右に単位の長さだけ移動し、最も低い点は に移る。
さらに を に置き換える:グラフは単位の長さだけ上がり、最も低い点は に移る。
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