例題29 放物線が切り取る線分の中点の軌跡 放物線y=x2+1 と直線 y=mx は異なる2点P, Qで交わるとする。 (1)定数 m の値の範囲を求めよ。 (2)m の値が変化するとき, 線分 PQ の中点Mの軌跡を求めよ。 考え方 (2) 中点M の座標を (x, y) として, x, yをm で表す。 xをmで表すときに、解と 係数の関係が利用できる。 解答 (1) x2+1=mx から x2-mx+1=0 2次方程式 ①の判別式をDとすると ① D=(-m)2-4・1・1=m²-4 放物線と直線が異なる2点で交わるのは, D>0のときであるから²-40 したがって m<-2.2<m答 (2)2点P,Qのx座標を,それぞれα,β とすると,α, β は, 2次方程式 ①の異な る2つの実数解である。 よって, 解と係数の関係から a+β=m 線分 PQ の中点M の座標を (x, y) とすると a+β m m2 x= = ②, y=mx= ... ③ 2 2 2 ②より m=2x よって, ③ より y=2x2 また, (1) より,m<-2,2<mであるから 2x<-22<2x すなわち x<-1, 1<x したがって, 点Mは放物線y=2x2のx<-1, 1<xの部分にある。 逆に,この図形上のすべての点は, 条件を満たす。 したがって 求める軌跡は 放物線y=2x2 のx<-1, 1<xの部分圏