方程式 f(x,y)=0,g(x,y)=0 が与えられたとき、

それらの解 (つまり方程式をみたす(x,y)) をxy平面(xy座標)に描くと、

1つずつ、合計2つの図形が得られます。


そして、その2つの図形が共有点を持つとすると、

方程式


  f(x,y)+kg(x,y)=0  (kは定数)  ・・・①


は、その共有点を通る図形の方程式である、と聞いたような気がします。


f(x,y)=0やg(x,y)=0は、全く一般の図形を表しています。

つまり、f(x,y)=0やg(x,y)=0は、xy平面ロボットのいかなる図形でもよいということです。


  ロボット「xy平面上の図形」とは「xy平面にある図形」という意味です。

    「どこどこにある・・・」という意味で「どこどこ上の・・・」という言い方をします。

    英語にすると "figures on the xy-plane" となるのかどうかは知りませんが、そんな感じです。


ここでもし、一般の図形を表すのに、方程式y=f(x)を使うと、

たとえば、下図のようなy軸に平行な図形(直線)x=1が漏れてしまします。


Accademia Nuts-x=1


x=1はどうやったって「y=(xの式)」という形には書けないので。

というわけで、f(x,y)=0即ち「xとyの式=0」という形を使うのです。

上の図形なら、x+0・y-1=0と書けますから、確かに大丈夫です。



一般化がうまくいっているのを確かめたところで

①をもう一度見てみるとちょっと変なところがあります。

f とg がともに一般的なら、f とg のどっちが優れているということはなく

f もg も平等のはず・・・

ならば、①でg だけに定数kがついているのは不平等ではないのか。


この手の問題を解いたことのある人なら知っていいるように

①では、図形g(x,y)=0を表すことができません。

図形g(x,y)=0は、

2つの図形f(x,y)=0,g(x,y)=0の共有点を通る図形の一つ

ですから、①で表せてほしいのに!

この場合、定数をf につけた


  hf(x,y)+g(x,y)=0  (hは定数)  ・・・②


を使うことになります。

この辺の話を考慮すると冒頭の命題は次のようになります。


  方程式 f(x,y)=0,g(x,y)=0 が与えられたとき、

  それらの解をxy平面(xy座標)に描くと、合計2つの図形が得られます。


  そして、その2つの図形が共有点を持つとすると、

  方程式


    f(x,y)+kg(x,y)=0  (kは定数)  ・・・①


  は、その共有点を通る図形のうち、

  g(x,y)=0以外の図形を表すことができる


また、次のようにもいえます。


  方程式 f(x,y)=0,g(x,y)=0 が与えられたとき、

  それらの解をxy平面(xy座標)に描くと、合計2つの図形が得られます。


  そして、その2つの図形が共有点を持つとすると、

  方程式


    hf(x,y)+kg(x,y)=0  (h,kは定数)  ・・・③


  は、hとkの値をそれぞれうまく選べば、その共有点を通る任意の電話図形を表すことができる


   電話「任意の・・・」は「あなたの好きな・・・」、「どんな・・・でも」、「すべての・・・」

    といった意味です。





では、①~③のような方程式が、共有点を通る図形を表すことを確かめましょう。

①を使って考えます。


ここで確かめるべきことは、


 ⅰ) 方程式①は、kをうまく取れば、g(x,y)=0以外などんな図形でも表す

 ⅱ) 方程式①が、f(x,y)=0とg(x,y)=0の共有点を解に持つこと


の2つです。これは青字の一番下の行の言わんとしていることを2つにわけたものです。


まず、ⅰ)です。

とりあえず、①がなんらかの図形を表していることを確かめましょう。

①の左辺は、「(xとyの式)+(xとyの式の定数倍)」ですから、

つまり、「xとyの式」です。

よって、①はxとyの方程式ですから、解はxとyの組(x,y)でありxy平面上に書くことができます。

従って、方程式①は何らかの図形を表します。

次に、g(x,y)=0以外などんな図形でも表すことを確かめましょう。

f(x,y)とg(x,y)は一般の、つまりxとyの式ならどんなものでもいいから、

f(x,y)+kg(x,y)は、xとyの式ならどんなものにもなりえる。


しかし、これではⅰ)を示せていない。

確かに、f(x,y)+kg(x,y)は任意のxとyの式になりえるが、

それは、f(x,y)とg(x,y)を変えるのに伴って、任意のxとyの式になれるのであって、

kを変えるのに伴って、任意のxとyの式になるとまでは言えていない。

ⅰ)が言わんとしているのは、青字の最下行ですから、青字の前半も考慮して、

f(x,y)とg(x,y)が与えられて、(つまり、f(x,y)とg(x,y)は決めてしまってから)、

kの値を変えることで、f(x,y)+kg(x,y)が任意のxとyの式になる、ということである。


例をフローチャートに書くと、


  ( f(x,y)とg(x,y)は、xとyの式ならどんなものでもよい )

     ↓

  < じゃあ、f(x,y)=1+cos(2x)+x-y,g(x,y)=1-cos(2x)-y にしよう >

     ↓

  ( kは任意の定数 )

     ↓

  < じゃあ、k=1にしよう。あれ、半角の公式を使うと

    f(x,y)+kg(x,y)=2cos^2(x)+2sin^2(x)+y=2+x-2yより、

    y=x/2+1

    だ。波の共有点を通る直線が出てきた!                >



Accademia Nuts-波波線2

という具合です。(なんかフローチャートのためだけに大げさなことになったけど。。)



そして、任意の図形を表せるとまでは言えない(表せるかもしれないが証明できてない)どころか、

ある図形を表すことができない例(←つまり、上の否定)があります。

f(x,y)=x-y+1,g(x,y)=-x-y+1とすると、共有点(0,1)を通る円x^2+y^2=1が

存在するがkをどんな値にしても、f(x,y)+kg(x,y)は2次式になりえないから、

したがって、円を表すことができない。



そういうわけで、

青字の③が出てくる方は「任意の」は誤りで、「与えられたf(x,y)とg(x,y)で作れる限りの」である。

その上の青字は単に「g(x,y)=0以外の図形」といっており、

「g(x,y)=0以外の任意の図形」とはいっていないので、

「~任意の図形」が作れるわけではないと読めるが、

見方によっては、「~任意の図形」が作れるとも読めるので、

ここでは、丁寧に

「g(x,y)=0以外の図形であり、与えられたf(x,y)とg(x,y)で作れる限りの図形」としておこう。



ⅱ)は教科書等にかいてあることだし、ずいぶん長くなってしまったので、省略させて頂きます。