大学入学共通テスト(数学) 過去問
令和7年度(2025年度)追・試験
問46 (数学Ⅱ・数学B(第2問) 問2)

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問題

大学入学共通テスト(数学)試験 令和7年度(2025年度)追・試験 問46(数学Ⅱ・数学B(第2問) 問2) (訂正依頼・報告はこちら)

同一平面上にある二つの円を考える。二つの円がただ一つの共有点をもつとき、二つの円は接するという。二つの円が図1のように接するとき、二つの円は外接するといい、図2のように接するとき、二つの円は内接するという。

実数sは−2<s<2を満たし、実数tはt>0を満たすとする。Oを原点とする座標平面において、方程式

x2+y2=4

が表す円をC0,方程式

x2−2sx+y2−2ty+s2=0・・・・・①

が表す円をCとする。

(1)Cは、中心([ ア ],[ イ ]),半径( ウ )の円である。また、Cはsやtの値によらず( エ )と接している。

( エ )にあてはまるものを一つ選べ。
問題文の画像
  • x軸
  • y軸
  • 直線y=x
  • 直線y=−x

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この過去問の解説 (2件)

01

空欄(ア)〜(ウ)

円Cの式を変形させると、
x2-2sx+y2-2ty+s2=0
x2-2sx+s2+y2-2ty+t2=t2

(x-s)2+(y-t)2=t2

となり、これは中心(s, t)で半径tの円であることがわかります。

 

作図してみるとわかりますが、t>0なので円の中心のがyプラス側で、
x軸上に乗ったような状態なのがわかります。
このとき-2<s<2なので、x方向の中心は-2から2までの間になります。
(図中の青色の領域は、円Cの中心が取りうる範囲となります。)

そのため、y軸、y=x、y=-xとは、s、tによって接するだけでなく、離れたり、交差します。
 

なお、参考までに、以下ではそれぞれの選択肢との接触判定に触れます。

選択肢1. x軸

x軸と接するということは、y=0のときの円Cのxの解が1個になれば良いです。
x2-2sx+y2-2ty+s2=0
x2-2sx+s2=0
(x-s)2=0

x=s
以上より、解は1つとなり、x軸と(s, 0)で接します。

選択肢2. y軸

y軸と接するということは、x=0のときの円Cのyの解が1個になれば良いです。
x2-2sx+y2-2ty+s2=0
y2-2ty+s2=0
yの二次方程式の判定式Dは

D=(-2t)2-4s2=4t2-4s2

Dはs,tによって0、正、負となるため、円Cとの交点の数はs,tによって変化し、常に接していません。

選択肢3. 直線y=x

直線y=xと接するということは、y=xのときの円Cの解が1個になれば良いです。
x2-2sx+y2-2ty+s2=0
x2-2sx+x2-2tx+s2=0
x2-(s+t)x+s2/2=0

xの二次方程式の判定式Dは

D=(s+t)2-4(s2/2)=-s2+2st+t2

Dはs,tによって0、正、負となるため、円Cとの交点の数はs,tによって変化し、常に接していません。

選択肢4. 直線y=−x

直線y=-xと接するということは、y=-xのときの円Cの解が1個になれば良いです。
x2-2sx+y2-2ty+s2=0
x2+2sx+x2-2tx+s2=0
x2+(s-t)x+s2/2=0

xの二次方程式の判定式Dは

D=(s-t)2-4(s2/2)=-s2-2st+t2

Dはs,tによって0、正、負となるため、円Cとの交点の数はs,tによって変化し、常に接していません。

まとめ

それぞれの項目との接触判定を計算すると時間がかかります。
作図などで実際の円が取る範囲をイメージし、回答に結びつけたいです。

参考になった数0

02

解答:x軸

 

解説:

円Cは、中心(s,t)、半径tであるため、

中心からx軸までの距離がtとなり、半径と一致するため、

sやtの値によらず、x軸と接しています。

参考になった数0