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京都大学 前期 2005年 解答解説 このページの閲覧数
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京都大学 前期 2005年 第5問 (解答解説)

📝 問題

を正の整数とし,の範囲で定義された2曲線 ,を考える.

  1. とは共有点を持つことを示し,その点におけるの接線は点を通ることを示せ.

  2. との共有点はただ1つであることを証明せよ.

✏️ 解答解説

【解答】

$C_1:y=\cos x$ と $C_2:y=\dfrac{1-x^2}{1+x^2}$ の概形

図 1: と の概形

とする. 与えられた曲線

について考える.

(1)

は区間内で単調減少でである. 一方で

も単調減少で,を考えると

に対して

,

となるから,なるがある. よって,の共有点が存在することが示された.

におけるの接線は

で表せる.ここでより

,

であり,(式5)に代入して

である.の切片は

だから,はを通る.

2曲線の共有点と接線

図 2: 2曲線の共有点と接線

(2)

におけるの接線はであり,この接線の切片は

である.一階微分は

だから,でのの増減表は以下のようになる.

表 1: 接線の切片の増減表

(1)よりであることから増減表のようになる唯一のがに他ならない. よって題意は示された.

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