点の位置で接線の本数が変わる|3次関数に引ける接線
に点 から引ける接線は 3 本、 からは 1 本です。同じ曲線でも、どこから引くかで本数が変わります。
放物線なら 2 本か 1 本か 0 本の 3 通りでした。3 次関数では 3 本まで増えます[1]。
本数を決めているのは、接点を とおいたときに出る 3 次方程式の実数解の個数です。
接点の方程式を作る
の接点を とすると、導関数が なので接線はこうなります。
この直線が点 を通る条件を書きます。
整理すると 。 についての 3 次方程式です。
解が 3 個なら接線も 3 本、2 個なら 2 本、1 個なら 1 本になります。
接点を とおいて接線を書く
通る点を代入して の 3 次方程式にする
その方程式の実数解の個数を数える
極値の積で数える
とおきます。導関数は です。
極値をとるのは と 。 のとき、値はそれぞれ次のようになります。
積が負であれば解は 3 個。条件は です。
のとき、この条件は になります。点が横軸より上、かつ曲線より下にある範囲です。
点が曲線と横軸のあいだにいるあいだは接線が 3 本。外へ出ると 1 本になります。
本数が分かれる境目
境目は積が になるところ、つまり または です。
は横軸そのもの。 の原点における接線にあたります。
は曲線そのもの。点が曲線の上にある場合です。

塗った部分から引けば 3 本、境目の線の上なら 2 本、外なら 1 本です。
例: から引く
、 です。 なので を満たします。
条件に当てはまるので接線は 3 本。方程式は 、つまり です。
が解なので 。残りは で、どちらも実数です。
3 つの接点が出ました。本数を聞かれているだけなら、極値の積を見た時点で答えられます。
例:曲線の上の点から引く
は の上にあります。 の場合です。
方程式は 、つまり 。
から が重解、 が単解です。
異なる接点は 2 つなので、接線も 2 本。 はその点自身での接線、 は離れた場所で触れる線です。
曲線の上にある点でも、そこでの接線のほかにもう 1 本引ける。
放物線では 1 本だけだった。3 次関数では反対側で触れる線が加わる。
例:横軸の上の点から引く
をとります。 なので境目です。
方程式は 。 が重解、 が単解です。
接線は から 、 から の 2 本になります。
は原点での接線です。その線上の点からは、いつでもこの接線が 1 本に数えられます。
| 点 | 条件 | 接線 |
|---|---|---|
| 3 本 | ||
| 2 本 | ||
| 2 本 | ||
| 1 本 |
例:縦軸の上の点から引く
をとると です。極値の公式が使えません。
方程式は 。 の導関数は で、 で になりますが符号は変わりません。
極値をもたないので実数解は 1 個。接線は 1 本です。
原点 なら で の 3 重解。接線は の 1 本だけになります。
積の符号で 3 本、2 本、1 本に分かれる
解は必ず 1 個。接線も 1 本に決まる
に点 から引ける接線は何本ですか。
- 3 本
- 2 本
- 1 本
境目の扱いも確かめます。
上の点 から引ける接線は何本ですか。
- 1 本
- 2 本
- 3 本
曲線上の点なので にあたります。方程式は で、 と因数分解できます。 が重解、 が単解なので、接点は 2 つです。
接点を文字でおいて 3 次方程式にする。あとは実数解の個数を数える道具が、そのまま接線の本数を答えます。


















p=1、q=0.5 で p3=1 です。0<0.5<1 を満たすので、q(q−p3)=0.5×(−0.5)<0 となり解は 3 個。接線も 3 本になります。