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放物線の接線の方程式は?求め方と公式を解説!(接線の公式:微分:傾き:接点:計算方法)

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「放物線の接線ってどうやって求めるの?」という疑問は、微分を学んだ後によく出てくるものです。

放物線の接線は微分を使う方法と公式を使う方法の2通りがあり、条件によって使い分けることが重要です。

本記事では、放物線の接線の方程式の求め方と公式を、微分による導出・接点の座標・傾きの計算・外部の点からの接線とともに解説していきます。

放物線の接線は微分で傾きを求めて点傾き形で表す(結論)

それではまず、放物線の接線の求め方の基本と結論から解説していきます。

放物線 y=f(x) 上の点(x₀,y₀)での接線の方程式は y−y₀=f'(x₀)(x−x₀)です。

まず導関数 f'(x) を求め、接点の x 座標 x₀ を代入して傾きを計算し、点傾き形の方程式に代入します。

y=ax²の接線の公式

y=ax²の場合、導関数は y’=2ax です。

y=ax² 上の点(x₀,ax₀²)での接線:

傾き=2ax₀

接線:y−ax₀²=2ax₀(x−x₀)

整理:y=2ax₀x−ax₀²

この公式は y=ax²の接線が必ずy切片として −ax₀²(頂点のy座標の符号逆)を持つことを示しています。

一般形 y=ax²+bx+c の接線

y’=2ax+b

接点(x₀,y₀)での接線:y−y₀=(2ax₀+b)(x−x₀)

例:y=x²−2x+3、接点x₀=2 の場合

y₀=4−4+3=3、y'(2)=4−2=2

接線:y−3=2(x−2) → y=2x−1

y²=4pxの接線公式

幾何学的な放物線 y²=4px 上の点(x₀,y₀)での接線は次の公式で表されます。

y₀y=2p(x+x₀)

これは楕円・双曲線の接線公式と同様に、

方程式のy²をy₀y、xを(x+x₀)/2に置き換えることで導出できます。

外部の点からの接線の求め方

続いては、放物線の外部の点から引く接線の求め方を確認していきます。

外部の点からの接線の計算手順

例:y=x² に点(1,−1)から引く接線を求める。

接線の方程式を y=m(x−1)−1 とおき、y=x²に代入:

x²=m(x−1)−1 → x²−mx+m−1=0

接線条件(判別式D=0):m²−4(m−1)=0

m²−4m+4=0 → (m−2)²=0 → m=2

接線:y=2x−3(接点は(1,1))

接線の本数について

放物線の外部の点から引ける接線の本数は、点の位置によって異なります。

放物線の外側の点からは2本の接線が引けます(判別式>0で2解)。

放物線上の点からは1本の接線が引けます(判別式=0で1解)。

放物線の内側(二次関数のグラフより下の領域)の点からは接線を引くことができません(判別式<0)。

条件 接線の本数
放物線上の点 1本
放物線の外側の点 2本
放物線の内側の点 0本

放物線 y=f(x) 上の点(x₀,y₀)での接線は y−y₀=f'(x₀)(x−x₀) で求まります。外部の点からの接線は接線をy=m(x−a)+bとおいて放物線と連立し、判別式D=0の条件で傾きmを決定します。点の位置によって接線の本数が0・1・2本と変わることも重要です。

まとめ

本記事では、放物線の接線の方程式の求め方を、微分による方法・公式・外部の点からの接線・接線の本数の判別とともに解説しました。

接線の基本は「微分で傾きを求めて点傾き形で表す」ことであり、外部の点からの場合は判別式D=0の条件を使います。

各パターンをしっかりと使い分けられるよう、練習を重ねて実力を高めていただければ幸いです。