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図形と式 点と直線の距離の問題について
練習10 放物線y= ^2+ 1上の点Pと、2点A(2,0),B(0,-4)を通る直線の距離が最小となるとき、Pの座標と、そのときの距離を求めよ。
という問題で、点と直線の距離を求めるためにd = |ax1+by1+c| / √a^2+b^2の式に当てはめて計算した際の、符号が理解できない。
解答 解説
直線ABの方程式は
y = 2x - 4 すなわち 2x -y - 4 = 0
Pは放物線y = x^2 + 1上にあるから、
その座標は(t,t^2+1)とおける。
Pと直線ABの距離をdとすると
d=|2t -(t^2+1)- 4| / √2^2 + (-1)^2
= |t^2 - 2t + 5| / √5
なぜd=|-t^2 + 2t - 5|/√5
ではないのか。
符号が突然変わったのはなぜなのか。教えていただきたいです。
回答
放物線と直線ABの位置関係を考えたときに、放物線が常に上側にありますよね.
今回,Pの$x$座標を$t$とおいているから、上記の位置関係を考えると,
Pの$y$座標 $t^2+1$ は,直線ABの$x=t$におけるy座標$2t-4$よりも大きいと分かります.
よって,不等式
$$
\begin{aligned}
t^2+1 > 2t-4
\end{aligned}
$$
が成立し,これを変形すると,
$$
\begin{aligned}
t^2+1-(2t-4) > 0\\
t^2-2t+5 > 0
\end{aligned}
$$
となります.したがって,距離dを絶対値を使わないで表そうとすれば,
$$
\begin{aligned}
d&=\frac{|2t -(t^2+1)- 4|}{\sqrt{2^2 + (-1)^2}} \\
&= \frac{|-(t^2-2t+5)|}{\sqrt{2^2 + (-1)^2}} \\
&= \frac{t^2-2t+5}{\sqrt{2^2 + (-1)^2}} \\
\end{aligned}
$$
となります.