【解答】
題意の直線はを通り軸平行ではないので傾きとして
と書ける.
この時 と楕円の交点の座標は
の実数解で与えられる. 以下この左辺をとおく.
(式3)の判別式 として, (式3)が について2実解を持つ条件は,
である.
このもとで, (式3)の2異実解 とすると
だから,ベクトルの大きさ は,
で与えられる. とすると
である.ここでの二つの解がだから
なので
と書けるから(式9)に代入して
となる. 以下が(式5)で動いた時の最大最小を求めれば良い.
ここで(式5)から だから,
なので(式14)に代入してIがとりうる範囲は
である.