仮の宿 学習室 高校 高校数学 定期テストラボ 図形と方程式
高校数学 HIGH SCHOOL MATH
図形と方程式
講義 3 本・確認問題 30 問 | 本試験では「数学Ⅱ」(0問)の一部 | 最終更新 2026-09-24
この章で学ぶこと 座標平面上の点と直線を式で扱う基礎。内分点・外分点、2点間の距離、直線の方程式、平行・垂直条件、点と直線の距離公式まで一気に整理します。 円を式で表し、一般形から中心と半径を読み取り、円と直線の位置関係を「中心からの距離 d と半径 r の比較」で判定します。接線の公式も頻出です。 条件を満たす点の集まり=軌跡を式で求める手順と、不等式が表す領域の図示、領域の中で式の最大・最小を求める考え方を学びます。
1. 点と直線(内分・外分、距離、直線の方程式、平行と垂直)
座標平面上の点と直線を式で扱う基礎。内分点・外分点、2点間の距離、直線の方程式、平行・垂直条件、点と直線の距離公式まで一気に整理します。
2点 A(x₁, y₁), B(x₂, y₂) を結ぶ線分 AB を m:n に内分する点は ((nx₁+mx₂)/(m+n), (ny₁+my₂)/(m+n))。分子で「相手側の比を掛ける」(x₁ には n、x₂ には m)ことに注意してください。外分点は n を −n に置き換えて ((−nx₁+mx₂)/(m−n), (−ny₁+my₂)/(m−n)) です。内分と外分の取り違え、比の順序の逆転が定期テストの2大ミスです。中点は 1:1 の内分で ((x₁+x₂)/2, (y₁+y₂)/2)、三角形 ABC の重心は3頂点の座標の平均 ((x₁+x₂+x₃)/3, (y₁+y₂+y₃)/3) になります。
2点間の距離は三平方の定理そのもので AB = √((x₂−x₁)²+(y₂−y₁)²)。x の差と y の差をそれぞれ2乗してから足すこと(差を足してから2乗しない)が要注意点です。
直線の方程式は、傾き m で点 (x₁, y₁) を通るなら y−y₁ = m(x−x₁)。2点を通るなら、まず傾き = (y₂−y₁)/(x₂−x₁) を求めてこの形に持ち込みます。一般形 ax+by+c=0 は傾きが定義できない縦の直線 x=k も表せる万能な形です。2直線の関係は、平行 ⇔ 傾きが等しい、垂直 ⇔ 傾きの積が −1。一般形どうしなら a₁b₂−a₂b₁=0 で平行、a₁a₂+b₁b₂=0 で垂直と覚えます。
点 (x₁, y₁) と直線 ax+by+c=0 の距離は d = |ax₁+by₁+c| / √(a²+b²)。分子は「点の座標を左辺に代入して絶対値」、分母は「係数の2乗和のルート」です。√(a²+b²) で割り忘れるミスが非常に多いので、公式を一つの分数として覚えてください。この公式は次のレッスンで円と直線の位置関係を調べる主役になります。
点と直線の公式一覧(A(x₁,y₁), B(x₂,y₂)) 項目 公式 注意点 内分点(m:n) ((nx₁+mx₂)/(m+n), (ny₁+my₂)/(m+n)) 相手側の比を掛ける 外分点(m:n) ((−nx₁+mx₂)/(m−n), (−ny₁+my₂)/(m−n)) n を −n に置き換える 2点間の距離 √((x₂−x₁)²+(y₂−y₁)²) 差を2乗してから足す 直線(傾きm, 点(x₁,y₁)) y−y₁ = m(x−x₁) y₁ を引くのは左辺 平行・垂直 平行: 傾き等しい/垂直: 傾きの積 −1 垂直は m₁m₂=−1 点と直線の距離 |ax₁+by₁+c| / √(a²+b²) √(a²+b²) で割り忘れない
内分点: A(1,2), B(7,5) を 2:1 に内分 x = (1·1+2·7)/(2+1) = 15/3 = 5 y = (1·2+2·5)/(2+1) = 12/3 = 4 → (5, 4) 点と直線の距離: 点(1,2) と 3x+4y−1=0 d = |3·1+4·2−1| / √(3²+4²) = |10| / 5 = 2
用語 内分点 線分 AB を m:n に内分する点。座標は ((nx₁+mx₂)/(m+n), (ny₁+my₂)/(m+n))。x₁ に n、x₂ に m と相手側の比を掛ける。 外分点 線分 AB を m:n に外分する点。内分の公式の n を −n にした ((−nx₁+mx₂)/(m−n), (−ny₁+my₂)/(m−n))。線分の外側にある。 重心 三角形の3つの中線の交点。座標は3頂点の座標の平均で、((x₁+x₂+x₃)/3, (y₁+y₂+y₃)/3)。 傾き 直線の傾き具合を表す数。2点を通るなら (y の増加量)/(x の増加量)。平行 ⇔ 傾きが等しい、垂直 ⇔ 傾きの積が −1。 点と直線の距離 点 (x₁,y₁) から直線 ax+by+c=0 に下ろした垂線の長さ。d = |ax₁+by₁+c|/√(a²+b²)。 一般形 直線の方程式の ax+by+c=0 という形。y=mx+n で表せない縦の直線 x=k も表現できる。
例題
例題:2点 A(−1,3), B(2,−1) の間の距離を求めよ。
答えと考え方 AB = √((2−(−1))²+(−1−3)²) = √(3²+(−4)²) = √25 = 5。x の差、y の差をそれぞれ2乗してから足す。
例題:点 (3,−1) を通り、直線 2x+3y+1=0 に平行な直線を求めよ。
答えと考え方 平行な直線は 2x+3y+c=0 とおける。(3,−1) を代入して 6−3+c=0 より c=−3。よって 2x+3y−3=0。係数 a, b を変えないのがコツ。
例題:A(2,3), B(−1,4), C(5,−1) を頂点とする三角形の重心を求めよ。
答えと考え方 重心は座標の平均で ((2−1+5)/3, (3+4−1)/3) = (2, 2)。3 で割ることを忘れない。
出典・根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
2. 円の方程式と円と直線の位置関係・接線
円を式で表し、一般形から中心と半径を読み取り、円と直線の位置関係を「中心からの距離 d と半径 r の比較」で判定します。接線の公式も頻出です。
中心 (a, b)、半径 r の円の方程式は (x−a)²+(y−b)² = r²。中心が (2, −3) なら (x−2)²+(y+3)² となり、かっこの中の符号は中心の座標と逆になることに注意します。右辺は r そのものではなく r² です。展開した x²+y²+lx+my+n=0 の形(一般形)で与えられたら、x と y それぞれで平方完成して標準形に戻すと中心と半径が読めます。
円と直線の位置関係は、円の中心から直線までの距離 d と半径 r の大小で決まります。d<r なら異なる2点で交わる、d=r なら接する、d>r なら共有点なし。前レッスンの点と直線の距離公式がここで活躍します。連立して判別式 D の符号で調べる方法もあり、D>0・D=0・D<0 が同じ3つの場合に対応します。比較するのは d と r(どちらも1乗)である点に注意してください。
円 x²+y² = r² 上の点 (x₁, y₁) における接線は x₁x+y₁y = r²。x² の一方を x₁ に、y² の一方を y₁ に置き換えた形で、そのまま使える便利な公式です。円外の点から引いた接線は、接線を y=m(x−p)+q とおいて「中心から接線までの距離 = 半径」の式から傾き m を求めるのが標準手順です。
弦の長さは、中心から直線までの距離 d と半径 r から、三平方の定理で 弦の長さ = 2√(r²−d²) と求まります。また「直線に接するように半径を定めよ」という問題は、半径 = 中心から直線までの距離、と読み替えるだけです。d と r の関係に持ち込む、が円の問題の合言葉です。
円と直線の位置関係(d = 中心から直線までの距離、r = 半径) d と r の関係 共有点の個数 判別式でいうと d < r 2個(異なる2点で交わる) D > 0 d = r 1個(接する) D = 0 d > r 0個(共有点なし) D < 0 弦の長さ 2√(r²−d²) 三平方の定理から
一般形 → 標準形: x²+y²−4x+6y−3=0 (x²−4x+4) + (y²+6y+9) = 3+4+9 (x−2)² + (y+3)² = 16 → 中心 (2,−3)、半径 4 位置関係: 円 x²+y²=5 と直線 2x−y+5=0 d = |2·0−0+5| / √(2²+(−1)²) = 5/√5 = √5 = r → 接する
用語 円の方程式(標準形) 中心 (a,b)、半径 r の円は (x−a)²+(y−b)²=r²。かっこ内の符号は中心座標と逆、右辺は半径の2乗。 一般形 x²+y²+lx+my+n=0 の形。平方完成して標準形に直すと中心と半径が分かる。 位置関係の判定 中心から直線までの距離 d と半径 r を比べる。d<r で2点で交わる、d=r で接する、d>r で共有点なし。 接線 円とただ1点を共有する直線。x²+y²=r² 上の点 (x₁,y₁) における接線は x₁x+y₁y=r²。 弦 円と直線が2点で交わるときの、2交点を結ぶ線分。長さは 2√(r²−d²)。 平方完成 x²+lx を (x+l/2)²−(l/2)² と変形する操作。一般形の円から中心・半径を読み取るのに使う。
例題
例題:円 x²+y²=25 上の点 (3,4) における接線を求めよ。
答えと考え方 公式 x₁x+y₁y=r² より 3x+4y=25。点 (3,4) が円上にあること(9+16=25)を確認してから使う。
例題:円 x²+y²=4 と直線 x+y=3 の共有点の個数を求めよ。
答えと考え方 中心 (0,0) から直線 x+y−3=0 までの距離は d = |−3|/√2 = 3/√2 = (3√2)/2 ≈ 2.12。半径 r=2 より d>r なので共有点なし(0個)。
例題:円 x²+y²=25 が直線 x=3 から切り取る弦の長さを求めよ。
答えと考え方 中心から直線 x=3 までの距離は d=3。弦の長さ = 2√(r²−d²) = 2√(25−9) = 2×4 = 8。
出典・根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
3. 軌跡と領域(軌跡の求め方・不等式の表す領域・最大最小)
条件を満たす点の集まり=軌跡を式で求める手順と、不等式が表す領域の図示、領域の中で式の最大・最小を求める考え方を学びます。
軌跡とは、与えられた条件を満たす点全体が作る図形です。求め方は決まっていて、①求める点を P(x, y) とおく ②条件を x, y の式で表す ③式を整理して図形を読み取る ④(正式には)逆にその図形上の点が条件を満たすことを確かめる、の4段階です。2点から等距離の点の軌跡は垂直二等分線、2点 A, B からの距離の比が m:n(m≠n)の点の軌跡は円(アポロニウスの円)になります。距離の条件は2乗して扱うのがコツです。
動く点に連動する点の軌跡では、連動する点を (x, y)、もとの動点を (s, t) とおき、s, t を x, y で表してから、もとの点が満たす式(円の方程式など)に代入します。「つなぎの文字を消去して x, y だけの式にする」のが軌跡の本質です。
不等式の表す領域は、まず境界線(直線や円)をかき、どちら側かを判断します。y > f(x) なら曲線の上側、y < f(x) なら下側。円 x²+y²<r² は内部、> は外部です。不等号に等号が付けば境界を含み、付かなければ含みません。判断に迷ったら、領域内かどうか調べたい点(原点が便利)を代入して真偽を確かめるのが確実です。連立不等式なら、それぞれの領域の共通部分をとります。
領域における最大・最小は、求めたい式を k とおいて図形的に考えます。例えば x+y=k は傾き −1 の直線で、k はその y 切片。直線を平行移動して領域と共有点をもつ範囲で k の最大・最小を探すと、直線の場合は領域の頂点(境界の交点)で、円の場合は接するときに最大・最小になります。「k とおいて図形として動かす」がこの分野の決め手です。
軌跡と領域の要点まとめ 問題のタイプ 手順・結果 注意点 2点から等距離 垂直二等分線になる AP²=BP² と2乗で処理 距離の比 m:n (m≠n) 円(アポロニウスの円) AP²:BP²=m²:n² で整理 連動する点の軌跡 動点の座標を消去する もとの点の式に代入 y > f(x) の領域 曲線 y=f(x) の上側 等号なしは境界含まず x²+y² < r² の領域 円の内部 ≦ なら周も含む 領域での最大最小 式 = k とおき直線・円を動かす 頂点・接点が候補
軌跡の手順 ① 求める点を P(x, y) とおく ② 条件を x, y の式で表す(距離は2乗して扱う) ③ 式を整理して図形を読む ④ 逆の確認(その図形上の点が条件を満たすか) 例: A(0,0), B(3,0) に AP:BP=2:1 → x²+y²=4{(x−3)²+y²} → (x−4)²+y²=4
用語 軌跡 与えられた条件を満たす点全体が作る図形。点を (x,y) とおいて条件を式にし、整理して図形を読み取る。 垂直二等分線 2点から等距離にある点の軌跡。線分の中点を通り、線分に垂直な直線。 アポロニウスの円 2点 A, B からの距離の比が m:n(m≠n)である点の軌跡。AP²:BP²=m²:n² と2乗して整理すると円の方程式になる。 領域 不等式を満たす点全体の集合。境界線をかき、上下・内外のどちら側かを代入で確かめて図示する。 境界 領域のふちとなる直線や円。不等号が ≦, ≧ なら境界を含み、<, > なら含まない。 線形計画法の考え方 領域内で ax+by の最大最小を求める手法。ax+by=k とおいた直線を平行移動し、領域と交わる範囲の端(多くは頂点)で最大・最小をとる。
例題
例題:2点 A(−2,0), B(4,0) から等距離にある点の軌跡を求めよ。
答えと考え方 P(x,y) とおくと AP²=BP² より (x+2)²+y²=(x−4)²+y²。整理すると 4x+4=−8x+16 より 12x=12、x=1。線分 AB の垂直二等分線 x=1 になる。
例題:点 (0,0) は領域 y ≦ 3x−4 に含まれるか。
答えと考え方 x=0, y=0 を代入すると 0 ≦ −4 となり不成立。よって含まれない。境界のどちら側か迷ったら点を代入して確かめる。
例題:x≧0, y≧0, x+y≦4 の領域の面積を求めよ。
答えと考え方 3つの不等式の共通部分は (0,0), (4,0), (0,4) を頂点とする直角三角形。面積は 4×4÷2 = 8。
出典・根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
確認問題(30問) 四肢択一。「正解と解説」を開くと、正解の理由と他の選択肢が違う理由を確認できます。
問1|内分点
2点 A(1,2), B(7,5) を結ぶ線分 AB を 2:1 に内分する点の座標はどれか。
(3, 3) (4, 7/2) (5, 4) (13, 8) 正解と解説 正解:C. (5, 4) 内分点の公式で x=(1·1+2·7)/3=5, y=(1·2+2·5)/3=4 より (5,4)。(3,3) は比を 1:2 と取り違えたミス、(13,8) は外分点を計算したミス、(4,7/2) は中点。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問2|2点間の距離
2点 A(−1,3), B(2,−1) の間の距離はどれか。
5 √7 √5 25 正解と解説 正解:A. 5 AB=√((2−(−1))²+(−1−3)²)=√(9+16)=√25=5。√7 は差を2乗せず 3+4 のルートをとったミス、25 は最後にルートを忘れたミス。差をそれぞれ2乗してから足す。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問3|直線の方程式
点 (2,−1) を通り、傾きが 3 の直線の方程式はどれか。
y = 3x−5 y = 3x−7 y = 3x+7 y = 3x+1 正解と解説 正解:B. y = 3x−7 y−(−1)=3(x−2) より y+1=3x−6、y=3x−7。y=3x−5 は y−1=3(x−2) と符号を誤ったミス。x=2 を代入して y=−1 になるか確かめれば防げる。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問4|2点を通る直線
2点 (1,2), (3,8) を通る直線の方程式はどれか。
y = 3x+1 y = (1/3)x+5/3 y = 6x−4 y = 3x−1 正解と解説 正解:D. y = 3x−1 傾き=(8−2)/(3−1)=3。y−2=3(x−1) より y=3x−1。x=3 で y=8 になることも確認できる。(1/3)x+5/3 は傾きの分母分子を逆にしたミス、y=3x+1 は切片の符号ミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問5|平行な直線
点 (3,−1) を通り、直線 2x+3y+1=0 に平行な直線はどれか。
2x+3y−3=0 3x−2y−11=0 2x+3y+3=0 2x−3y−9=0 正解と解説 正解:A. 2x+3y−3=0 平行なら x, y の係数はそのままで 2x+3y+c=0 とおける。(3,−1) を代入して 6−3+c=0、c=−3。よって 2x+3y−3=0。3x−2y−11=0 は垂直な直線を求めたミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問6|垂直な直線
点 (4,1) を通り、直線 y=2x+3 に垂直な直線はどれか。
y = 2x−7 y = (1/2)x−1 y = −(1/2)x+3 y = −2x+9 正解と解説 正解:C. y = −(1/2)x+3 垂直条件は傾きの積が −1 なので、求める傾きは −1/2。y−1=−(1/2)(x−4) より y=−(1/2)x+3。y=−2x+9 は「符号だけ変える」ミス、y=(1/2)x−1 は「逆数にするだけ」のミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問7|点と直線の距離
点 (1,2) と直線 3x+4y−1=0 の距離はどれか。
12/5 2 10 2/5 正解と解説 正解:B. 2 d=|3·1+4·2−1|/√(3²+4²)=|10|/5=2。10 は √(a²+b²)=5 で割り忘れたミス、12/5 は −1 の符号を +1 として代入したミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問8|外分点
2点 A(2,1), B(5,7) を結ぶ線分 AB を 3:1 に外分する点の座標はどれか。
(13/2, 10) (17/4, 11/2) (1/2, −2) (7/2, 4) 正解と解説 正解:A. (13/2, 10) 外分点は ((−1·2+3·5)/(3−1), (−1·1+3·7)/(3−1)) = (13/2, 10)。(17/4, 11/2) は 3:1 の内分点を求めたミス、(1/2, −2) は 1:3 に外分したミス。内分・外分と比の順序を確認する。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問9|三角形の重心
3点 A(2,3), B(−1,4), C(5,−1) を頂点とする三角形の重心の座標はどれか。
(6, 6) (2, 3) (3, 3) (2, 2) 正解と解説 正解:D. (2, 2) 重心は3頂点の座標の平均で ((2−1+5)/3, (3+4−1)/3) = (6/3, 6/3) = (2,2)。(6,6) は 3 で割り忘れて和のまま答えたミス、(3,3) は 3 ではなく 2 で割ったミス、(2,3) は頂点 A の座標をそのまま答えたミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問10|平行線の距離
平行な2直線 3x−4y+2=0 と 3x−4y−8=0 の距離はどれか。
10 6/5 2 5/2 正解と解説 正解:C. 2 平行な2直線 ax+by+c₁=0, ax+by+c₂=0 の距離は |c₁−c₂|/√(a²+b²)。よって |2−(−8)|/√(3²+(−4)²) = 10/5 = 2。片方の直線上の点、例えば (−2/3, 0) から他方 3x−4y−8=0 までの距離 |−2−8|/5 = 2 と考えても同じ。10 は √(a²+b²)=5 で割り忘れたミス、6/5 は |2+(−8)| と符号を誤ったミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問11|円の方程式
中心が (2,−3) で半径が 4 の円の方程式はどれか。
(x+2)²+(y−3)²=16 (x−2)²+(y+3)²=4 (x−2)²+(y+3)²=16 (x+2)²+(y+3)²=16 正解と解説 正解:C. (x−2)²+(y+3)²=16 標準形 (x−a)²+(y−b)²=r² に a=2, b=−3, r=4 を代入して (x−2)²+(y+3)²=16。かっこ内の符号は中心座標と逆になる。=4 は半径をそのまま右辺にした(r² にしない)ミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問12|一般形の円
円 x²+y²+2x−8y+8=0 の中心と半径はどれか。
中心 (1,−4)、半径 3 中心 (−1,4)、半径 9 中心 (−1,4)、半径 √8 中心 (−1,4)、半径 3 正解と解説 正解:D. 中心 (−1,4)、半径 3 平方完成して (x+1)²+(y−4)² = −8+1+16 = 9。中心 (−1,4)、半径 √9=3。中心 (1,−4) は符号の読み違い、半径 9 は r² をそのまま半径としたミス、√8 は定数項 8 をそのまま r² としたミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問13|直径と円
2点 A(−1,2), B(3,4) を直径の両端とする円の方程式はどれか。
(x−1)²+(y−3)²=5 (x−1)²+(y−3)²=20 (x−1)²+(y−3)²=√5 (x+1)²+(y+3)²=5 正解と解説 正解:A. (x−1)²+(y−3)²=5 中心は AB の中点 (1,3)。半径は中心から A までの距離 √((1−(−1))²+(3−2)²)=√5 なので r²=5。よって (x−1)²+(y−3)²=5。=20 は直径 AB の2乗(AB²=20)を右辺にしたミス、=√5 は r² にしていないミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問14|円と直線の関係
円 x²+y²=5 と直線 y=2x+5 の位置関係として正しいものはどれか。
異なる2点で交わる 中心を通る 接する 共有点をもたない 正解と解説 正解:C. 接する 直線を 2x−y+5=0 とし、中心 (0,0) からの距離 d=|5|/√(4+1)=5/√5=√5。半径 r=√5 と等しいので接する。d と r(どちらも1乗)を比べるのがポイント。連立して判別式 D=0 を確かめてもよい。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問15|共有点の個数
円 x²+y²=4 と直線 x+y=3 の共有点の個数はどれか。
0個 1個 2個 3個 正解と解説 正解:A. 0個 中心 (0,0) から x+y−3=0 までの距離 d=|−3|/√2=3/√2≈2.12。半径 r=2 より d>r なので共有点なし(0個)。d を 3 と誤ると(√2 で割り忘れ)同じ結論になるが、d=3/√2 と正しく計算して比較する習慣が大切。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問16|円の接線
円 x²+y²=25 上の点 (3,4) における接線の方程式はどれか。
4x+3y=25 3x+4y=25 3x−4y=25 3x+4y=5 正解と解説 正解:B. 3x+4y=25 円 x²+y²=r² 上の点 (x₁,y₁) における接線は x₁x+y₁y=r²。よって 3x+4y=25。4x+3y=25 は x₁ と y₁ を取り違えたミス、3x+4y=5 は右辺を r のままにしたミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問17|円外からの接線
点 (3,1) から円 x²+y²=2 に引いた接線の1つはどれか。
y = x+2 y = x−4 y = −x−2 y = x−2 正解と解説 正解:D. y = x−2 接線を y=m(x−3)+1 とおき、中心 (0,0) からの距離 = √2 とすると |1−3m|/√(m²+1)=√2。両辺2乗して 7m²−6m−1=0、m=1, −1/7。m=1 のとき y=x−2。y=x+2 はこの円の接線ではあるが点 (3,1) を通らない(3+2=5≠1)ので誤り。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問18|接する条件
円 (x−1)²+(y−2)²=r² が直線 3x+4y+9=0 に接するとき、半径 r の値はどれか。
20 2/5 4 5 正解と解説 正解:C. 4 接する条件は「中心から直線までの距離 = 半径」。d=|3·1+4·2+9|/√(3²+4²)=|20|/5=4 より r=4。20 は 5 で割り忘れたミス、2/5 は +9 を −9 として代入したミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問19|弦の長さ
円 x²+y²=25 が直線 x=3 から切り取る弦の長さはどれか。
8 4 16 10 正解と解説 正解:A. 8 中心 (0,0) から直線 x=3 までの距離は d=3。弦の長さ = 2√(r²−d²) = 2√(25−9) = 2×4 = 8。4 は半分(片側だけ)のミス、10 は直径と混同したミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問20|交わる条件
円 x²+y²=4 と直線 y=x+k が異なる2点で交わるとき、定数 k の値の範囲はどれか。
−2 < k < 2 −2√2 < k < 2√2 −2√2 ≦ k ≦ 2√2 k < 2√2 正解と解説 正解:B. −2√2 < k < 2√2 x−y+k=0 と中心 (0,0) の距離 d=|k|/√2 が半径 2 より小さければよい。|k|<2√2 より −2√2<k<2√2。−2<k<2 は √2 を掛け忘れたミス、≦ を含めると接する場合(共有点1個)まで入ってしまう。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問21|等距離の軌跡
2点 A(−2,0), B(4,0) から等距離にある点の軌跡はどれか。
直線 x=2 直線 y=1 直線 x=3 直線 x=1 正解と解説 正解:D. 直線 x=1 P(x,y) とおくと AP²=BP² より (x+2)²+y²=(x−4)²+y²。整理して 12x=12、x=1。線分 AB の垂直二等分線で、中点 (1,0) を通る。中点の x 座標 (−2+4)/2=1 と一致することを確かめられる。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問22|距離の比の軌跡
2点 A(0,0), B(3,0) に対して AP:PB=2:1 を満たす点 P の軌跡はどれか。
中心 (2,0)、半径 2 の円 直線 x=2 中心 (4,0)、半径 2 の円 中心 (4,0)、半径 4 の円 正解と解説 正解:C. 中心 (4,0)、半径 2 の円 AP²=4PB² より x²+y²=4{(x−3)²+y²}。整理すると x²+y²−8x+12=0、(x−4)²+y²=4。中心 (4,0)、半径 2 のアポロニウスの円になる。比が 1:1 でないとき軌跡は直線でなく円になる。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問23|連動する軌跡
点 Q が円 x²+y²=9 上を動くとき、点 A(6,0) と Q を結ぶ線分 AQ の中点 P の軌跡はどれか。
中心 (3,0)、半径 3 の円 中心 (3,0)、半径 3/2 の円 中心 (6,0)、半径 3/2 の円 中心 (3,0)、半径 9/4 の円 正解と解説 正解:B. 中心 (3,0)、半径 3/2 の円 P(x,y)、Q(s,t) とすると x=(s+6)/2, y=t/2 より s=2x−6, t=2y。s²+t²=9 に代入して (2x−6)²+4y²=9、(x−3)²+y²=9/4。中心 (3,0)、半径 3/2 の円。半径 9/4 は r² を半径と読んだミス、半径 3 は 1/2 倍を忘れたミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問24|不等式の領域
不等式 y > 2x+1 の表す領域はどれか。
直線 y=2x+1 の上側(境界を含まない) 直線 y=2x+1 の上側(境界を含む) 直線 y=2x+1 の下側(境界を含まない) 直線 y=2x+1 の下側(境界を含む) 正解と解説 正解:A. 直線 y=2x+1 の上側(境界を含まない) y > f(x) は曲線・直線の上側。等号が付いていないので境界の直線は含まない。例えば点 (0,3) は 3>1 で成立し、直線の上側にあることからも確かめられる。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問25|円の内外
不等式 x²+y² ≦ 9 の表す領域はどれか。
円 x²+y²=9 の外部のみ 円 x²+y²=9 の内部のみ 円 x²+y²=9 の内部と周 円 x²+y²=9 の外部と周 正解と解説 正解:C. 円 x²+y²=9 の内部と周 x²+y² ≦ r² は円の内部で、等号付きなので周(円そのもの)も含む。原点を代入すると 0≦9 で成立するので、原点を含む側=内部と判断できる。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問26|領域と点
領域 y ≦ 3x−4 に含まれる点はどれか。
(0, 0) (1, 0) (0, 3) (2, 1) 正解と解説 正解:D. (2, 1) 各点を代入して確かめる。(2,1): 1≦3·2−4=2 で成立。(0,0): 0≦−4 は不成立、(1,0): 0≦−1 は不成立、(0,3): 3≦−4 は不成立。点の代入による判定はどの領域問題でも使える確実な方法。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問27|領域の面積
連立不等式 x≧0, y≧0, x+y≦4 の表す領域の面積はどれか。
8 16 4 12 正解と解説 正解:A. 8 領域は (0,0), (4,0), (0,4) を頂点とする直角三角形。面積 = 4×4÷2 = 8。16 は 1辺4の正方形と誤ったミス(÷2 忘れ)。3つの不等式の共通部分を図示してから計算する。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問28|領域の最大値
x≧0, y≧0, x+2y≦6, 2x+y≦6 のとき、x+y の最大値はどれか。
3 4 6 5 正解と解説 正解:B. 4 領域は (0,0), (3,0), (2,2), (0,3) を頂点とする四角形。x+y=k とおいた直線を平行移動すると、k が最大になるのは頂点 (2,2) を通るときで k=4。3 は (3,0) や (0,3) の値、6 は制約式の右辺をそのまま答えたミス。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問29|円の領域と最大
x²+y² ≦ 25 のとき、3x+4y の最大値はどれか。
15 35 7 25 正解と解説 正解:D. 25 3x+4y=k とおくと直線。原点から直線までの距離が半径 5 以下であればよいので |k|/√(3²+4²) ≦ 5 より |k| ≦ 25。最大値は 25(接点 (3,4) でとる)。35 は 5×(3+4) としたミス、15 は点 (5,0) の値、7 は係数の和。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
問30|円周上の最大
点 (x,y) が円 x²+y²=4 上を動くとき、x+y の最大値はどれか。
2 4 2√2 √2 正解と解説 正解:C. 2√2 x+y=k とおくと、直線 x+y−k=0 が円と共有点をもつ条件は |−k|/√2 ≦ 2、すなわち |k| ≦ 2√2。最大値は 2√2(接点 (√2,√2) でとる)。2 は半径そのまま、4 は x, y 独立に最大 2 ずつとれるとした誤り(円上では同時に x=y=2 にはなれない)。
根拠:文部科学省「高等学校学習指導要領」(平成30年文部科学省告示第68号)第2章第4節 数学 第2款 第2 数学Ⅱ 2 内容(2)図形と方程式
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※ 解説は学習用の情報提供です。教科書・学校の指示する解法を優先してください。 ※ 出題は高等学校学習指導要領(平成30年告示・数学)の範囲に沿った仮の宿 学習室のオリジナル問題です。計算問題はすべて機械検算ずみ。学校の定期テストの出題範囲・形式は各学校の指示をご確認ください。