解答

 (3)  PQ の中点の座標を (x3,y3) とおき c = 2x3 とおくと
x1 + x2 = c で 2y3 = x12 + x22 である。
PQ = 2 のとき
  (x1 - x2)2 + (x12 - x22)2 = 4 より
 (x1 - x2)2 (1+(x1 + x2)2) = 4 である。よって
(x1 - x2)2 = 4/(1+c2) である。
4y3 = 2(x12 + x22) = (x1 - x2)2 + (x1 + x2)2
 = 4/(1+c2) + c2 = 4/(1+c2) + (c2 + 1) - 1
≥ 4 - 1 = 3
(相加相乗平均の定理より)
等号は 4/(1+c2) = (c2 + 1) のときのみ成立する。
それは 1+c2 = 2 のとき、つまり c = ±1 のときである。
  
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