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y軸に平行な軸をもつ2つの放物線が接するときの接点は相似の中心

放物線 y=ax^2 を原点中心に \dfrac{a}{b} 倍拡大すると X=\dfrac{a}{b}xY=\dfrac{a}{b}y から
\dfrac{b}{a}Y=a\cdot \dfrac{b^2}{a^2}X^2,つまり Y=bX^2 となるので y=ax^2y=bx^2 は相似で相似比は \dfrac{1}{a}:\dfrac{1}{b} となる.よってこれらを平行移動して得られる2つの放物線 y=a(x-p)^2+qy=b(x-s)^2+t は相似である.

相似の中心は頂点を -b:a に分かつ点(a,b が同符号の場合は外分,異符号のときは内分)\left(\dfrac{ap-bs}{a-b},\dfrac{aq-bt}{a-b}\right) である.但し a=b の場合,p=s かつ q=t(2つの放物線が一致)のときは頂点が相似の中心となるが,それ以外の場合相似の中心は無限遠点となり平行移動となる.

2つの放物線 y=a(x-p)^2+qy=b(x-s)^2+t が点 (u,\ast) で接することと,接線の方程式を y=mx+n とおいて1次関数の引き算を行うという線形変換を行った結果である2つの放物線 y=a(x-p)^2+q-(mx+n)=a(x-u)^2y=b(x-s)^2+t-(mx+n)=b(x-u)^2 が点 (u,0) で接することは同値である.この2つの放物線の相似の中心は (u,0) であり,線形変換で相似の中心は相似の中心に移るので,2つの放物線の相似の中心は高々1つであることから,

y 軸に平行な軸をもつ2つの放物線が接するとき,2つの放物線の接点は相似の中心となる.

よって

(i) 2つの頂点が一致するとき,接点は頂点かつ対称の中心である.

(ii) 2つの頂点が異なる場合はその2頂点を結ぶ直線とそれぞれの放物線の頂点以外の交点は一致し,それが接点かつ対称の中心である.

が成り立つ.




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