慶大理工数学'12年[2]

円と外接し、x軸と接する円で中心のx座標が正であるものを条件Pを満たす円ということにする。
(1) 条件Pを満たす円の中心は、曲線 ()の上にある。また、条件Pを満たす半径9の円をとし、その中心のx座標をとすると、である。
(2) 条件Pを満たし円に外接する円をとする。また、に対し、条件Pを満たし、円に外接し、かつ円と異なる円をとする。円の中心のx座標をとするとき、自然数nに対しをを用いて表しなさい。求める過程も書きなさい。
(3) (1),(2)で定めた数列の一般項を求めなさい。求める過程も書きなさい。


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解答 類題が'92年[A2]でも出題されています。ヒントを活かすことにより、容易に解答できます。

(1) 条件Pを満たす円の中心Dの座標を (),点をA,Dからx軸に垂線DHを下ろし、AからDHに垂線ABを下ろします。条件Pを満たす円はx軸に接するので、その半径はqです。
,,
三平方の定理より、
∴

∴
よって、条件Pを満たす円の中心は、曲線 ()の上にあります(放物線を参照)。
(カ) ......[答]
条件Pを満たす円の中心のy座標が円の半径なので、より、
よって、半径
9の円の中心のx座標は、
(キ) 6 ......[答]

(2) nを2以上の整数として、,の中心,のx座標は (), ()です。題意よりです。条件Pを満たす円の中心は、曲線 ()の上にあるので、,の半径は,です。からx軸に垂線を下ろし、からに垂線を下ろします。
,,
三平方の定理より、
∴

∴
より、
よって、nを自然数として、
......[答]

(3) (2)の漸化式の逆数を考えると(漸化式の技巧を参照)、
は、初項,公差の等差数列です。
∴ ......[答]


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