ソ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{4b}{e^2}\end{align*}}$ タ 2 チ 4b ツ 4b テ -4b
ト 1 ナ 0 ニ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{4b\left(e^2-1\right)}{e^2}\end{align*}}$ ヌ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{8b}{3}\end{align*}}$ ネ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{4d}{e^2}\end{align*}}$
ノ 4d ハ 2 ヒ 0 フ 1
【解説】
タチ
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf C_1:\ y=f\ (x)=ae^x\ \ ,\ \ C_2:\ y=g\ (x)=bx^2\end{align*}}$
とおくと、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf f\ '(x)=ae^x\ \ ,\ \ g\ '(x)=2bx\end{align*}}$ .
C1とC2の接点のx座標をtとおくと
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf f\ (t)=g\ (t)\ \ \Leftrightarrow\ \ ae^t=bt^2\end{align*}}$ ・・・・・・①
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf f\ '(t)=g\ '(t)\ \ \Leftrightarrow\ \ ae^t=2bt\end{align*}}$
これら2式を連立させると、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf bt^2=2bt\ \ \Leftrightarrow\ \ t=0\ ,\ 2\end{align*}}$
t=0は①を満たさないので、t=2である。
よって、接点の座標は
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \left(2\ ,\ g\ (2)\right)=\underline{\sf \left(2\ ,\ 4b\right)}\end{align*}}$
ソ
t=2と①より
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf ae^2=4b\ \ \Leftrightarrow\ \ a=\underline{\sf \frac{4b}{e^2}}\end{align*}}$
ツテ
接線L1の方程式は
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf y-4b=4b\left(x-2\right)\ \ \Leftrightarrow\ \ y=\underline{\sf 4bx-4b}\end{align*}}$
トナ
L1の式は
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf 4b\left(x-1\right)-y=0\end{align*}}$
と変形できるので、bの値によらず定点(1,0)を通る。
ニヌ
a、b>0より
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf f\ ''(x)=ae^x>0\ \ ,\ \ g\ ''(x)=2b>0\end{align*}}$
なので、C1、C2ともに下に凸な曲線である。よって、C1、C2はともに
接線L1の上側にあるので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf S_1&=\sf \int_0^2\bigg\{\frac{4b}{e^2}e^x-4b\left(x-1\right)\bigg\}dx\\ &=\sf \bigg[\frac{4b}{e^2}e^x-2b\left(x-1\right)^2\bigg]_0^2\\ &=\sf \underline{\sf \frac{4b\left(e^2-1\right)}{e^2}}\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf S_2&=\sf \int_0^2\bigg\{bx^2-4b\left(x-1\right)\bigg\}dx\\ &=\sf \bigg[\frac{b}{3}x^3-2b\left(x-1\right)^2\bigg]_0^2\\ &=\sf \underline{\sf \frac{8b}{3}}\end{align*}}$
ネ~フ
直線y=xに関してC3、C4と対称な曲線をそれぞれD3、D4とすると、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf D_3:\ x=\log\frac{y}{c}\ \ \Leftrightarrow\ \ y=ce^x\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf D_4:\ y=dx^2\end{align*}}$
C3とC4が、ある共有点で共通の接線L2をもつとき、
D3とD4も、ある共有点で共通の接線(m2とする)をもつことになる。
よって、[1]と同じように考えると、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf c=\underline{\sf \frac{4d}{e^2}}\end{align*}}$
が成り立つ。
このとき、[1]と同様、D3とD4の接点の座標は(2,4d)となり、
m2はdの値によらず定点(1,0)を通る。
C3、C4は直線y=xについてそれぞれD3、D4と対称なので、
C3とC4の接点の座標は(4d,2)となり、接線L2はdの値によらず
定点(0,1)を通る。
ネ~フは[1]の結果をうまく使いましょう。