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二次曲線の平行移動、平方完成で標準形へ戻す高校数学

曲線を 方向に 方向に だけ動かすには、式の に、 に置きかえます。

動かす向きと符号が逆になる点が引っかかりやすいところ。右へ 動かすなら です。

破線がもとの位置、実線が動かしたあと。形も大きさも変わらず、中心だけが へ移ります。 には手が入りません。

展開された式から戻す

問題では平行移動したあとの式が展開された形で与えられます。平方完成で標準形に戻す作業が入口になります。

を整理してみます。 をそれぞれまとめます。

括弧の中を平方完成します。

。両辺を で割ります。

中心 , の縦長の楕円でした。

括弧の外に出した数を戻す

いちばん多い誤りが、 でくくったあとの定数の扱いです。 は、括弧の外へ出すと になります。

を右辺へ移すので、右辺は 。くくった係数を掛け忘れると、右辺の値がずれます。

平方完成のあとに 度、括弧を展開し直して検算する。手間ですが確実です。

どの曲線かを見分ける

平方完成する前に、 の係数を見ればおおよそ決まります。

つが同符号で値も等しければ円。
つが同符号で値が違えば楕円。
つが異符号なら双曲線。
片方が 乗の項が つだけ)なら放物線。

が同符号で値が違うので楕円。 なら異符号で双曲線です。

のように がなければ放物線。この判定を最初に置くと、平方完成の途中で迷いません。

双曲線の例

を直します。異符号なので双曲線と分かります。

。ここで になる点に注意します。

で割って

中心 , 。頂点は 、漸近線は です。

放物線の例

を直します。 がないので放物線。 だけ平方完成します。

。頂点

焦点は頂点から右へ 、準線は です。

焦点や漸近線も同じだけ動く

平行移動しても、焦点と中心の相対位置は変わりません。標準形での焦点を求めてから、中心のぶんだけ足します。

なら、 で縦長。 なので、標準形での焦点は

中心 を足して、実際の焦点は です。

漸近線も同じで、 に変わります。中心を通る 直線という性質は保たれます。

移動の向きを確かめる

を右へ 動かすと を入れると で、頂点が に来ています。

符号が逆になる理由は、置きかえの意味を追うと分かります。新しい曲線の点 は、もとの曲線の点 が移ってきたもの。だから、もとの式に を入れます。

方向も同じです。上へ なら を代入して 、つまり になります。

右へ p 動かすなら x を x - p に置きかえます。向きと符号が逆になる理由も追いました。展開された式は平方完成で標準形に戻しますが、係数でくくったあとに出る定数を掛け忘れると右辺がずれる。x² と y² の係数の符号で円・楕円・双曲線・放物線を先に見分ける手順と、焦点や漸近線も同じだけ動くことまで。