直交する2本の接線が引ける点……1本の直線の上に並ぶ
に 2 本の接線を引いて直角に交わらせると、その交点は必ず の上に来ます。
どの 2 本を選んでも高さが変わりません。 座標は動きますが、 座標は で固定されます。
直交という条件が、交点の高さを 1 つに決めてしまう。理由は傾きの積にあります[1]。
直交の条件を接点で書く
接点を と とします。傾きはそれぞれ と です。
垂直に交わる 2 直線は、傾きの積が でした。
整理すると 。2 つの接点の 座標の積が決まりました。
積が負なので、片方は正、もう片方は負です。頂点をはさんで左右に 1 つずつ接点があることになります。
交点の座標を出す
2 本の接線は と です。連立します。
なので割れて、。接点の中点の 座標です。
これを 1 本目の式に戻します。
座標は接点の積そのものでした。直交の条件から なので、 に決まります。
接点を動かすと 2 本の接線は回りますが、緑の交点は点線の上を横に滑るだけです。
例:接点の組を具体的に出す
を満たす組を選びます。 なら です。
傾きは と 。積が で確かに直交します。
接線は と 。連立すると 、 です。
別の組も試します。 なら で、傾きは と 。
接線は と 。連立すると 、 になります。
| 接点の組 | 傾きの組 | 交点 |
|---|---|---|
| , | , | |
| , | , | |
| , | , |
座標は組ごとに違いますが、 座標は動きません。
開き方が変わるとどうなるか
で同じ計算をします。傾きは と です。
直交の条件は から 。
交点の 座標は になるので、代入すると次のとおり。
なら 、 なら 、 なら です。
開きが鋭いほど、直線は頂点の近くに来ます。
頂点が原点にない場合も、頂点から下へ同じだけ離れた高さになります。
なら 。左右にずらしても高さは変わらない。
を平方完成すると です。、 なので、交点は の上に並びます。

3 次関数では引けないことがある
で同じことを試します。接点 での傾きは です。
は が何であっても 以上。だから 2 つの傾きの積も 以上になります。
になることはありません。 には、直交する 2 本の接線を引ける点が 1 つもない。
傾きが負にならない。積は 以上のままで直交できない
傾きは で負になれる。直交する組が作れる
なら傾きが まで下がります。条件は で、これを満たす実数の組が存在します。
3 次関数で直交の組が作れるかどうかは、導関数が負の値をとれるかで決まる。導関数のグラフが横軸を割るかどうかを先に見ます。
接点を 2 つおいて傾きを書く
積が という式を立てる
その式に実数解があるかを調べる
に直交する 2 本の接線を引いたとき、交点の 座標はいくつですか。
3 次関数の場合も確かめます。
に直交する 2 本の接線が引けないのはなぜですか。
- 接線の傾きが負にならないため
- 接点が 1 つしかとれないため
- 変曲点があるため
導関数が なので、傾きはつねに 以上です。2 つ掛けても 以上のままで、 になりません。 のように導関数が負の値をとる 3 次関数なら、直交する組が作れます。
傾きの積が という 1 本の式が、接点の積を固定します。積が決まれば交点の高さも決まる、という筋道です。

















y=ax2 の場合、交点は y=−4a1 の上に並びます。a=2 なので −81 です。−41 は a=1 のときの値にあたります。