この問題のポイント
どちらの曲線も、y軸に対して対称
⇔1つのyの値に対して対応するxの値は2つ
ということで、yの値が2つになるような交わり方を考えよう!
\( x^2+2y^2 = 1 \) …①、\( 4y = 2x^2+a \) …②とします。
②を、$x^2$について解き、それを①に代入すると、
\( \displaystyle 2y-\frac{1}{2}a+2y^2 = 1 \)
つまり、\( 4y^2+4y-a-2 = 0 \) …③
ちなみに、$x$は実数なので、\( x^2≧0 \)ですので、①を、$x^2$について解いた式について、
\( x^2 = 1-2y^2 \)ですので、
\( 1-2y^2≧0 \)
これを解くと、
\( \displaystyle -\frac{1}{\sqrt{2}}≦y≦\frac{1}{\sqrt{2}} \)
よって、\( \displaystyle -\frac{1}{\sqrt{2}}<y<\frac{1}{\sqrt{2}} \)(これを④とします)で、方程式③は2つの異なる解をもつように定めなければなりません。ここで、\( f(y) = 4y^2+4y-a-2 \)とおきます。
そのためには、次の4つの条件が必要です。
[1]方程式③の判別式\( D>0 \)であること
方程式③について、
\( \frac{D}{4} = 2^2-4・(-a-2) >0 \)
\( 4+4a+8>0 \)
これを解いて、 \( a>-3 \)
[2]$f(y)$のグラフの軸が④の範囲内にあること
$f(y)$を平方完成します。
\( f(y) = 4(y^2+y)-a-2 \)
よって、$f(y)$
\( \displaystyle = 4\left(y^2+y+\frac{1}{4}-\frac{1}{4}\right)-a-2 \)
\( \displaystyle = 4\left(y^2+y+\frac{1}{4}\right)-1-a-2 \)
\( \displaystyle = 4\left(y+\frac{1}{2}\right)^2-a-3 \)
よって、軸は\( \displaystyle y = -\frac{1}{2} \)なので、④の範囲内にあるといえるので、問題ないですね。
[3]\( \displaystyle f\left(-\frac{1}{\sqrt{2}}\right)>0 \)であること
代入して計算すると、
\( \displaystyle 4・\frac{1}{2}+4・\left(-\frac{1}{\sqrt{2}}\right)-a-2>0 \)
\( 2-2\sqrt{2}-a-2>0 \)
よって、\( a<-2\sqrt{2} \)
[4]\( \displaystyle f\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)>0 \)であること
代入して計算すると、
\( \displaystyle 4・\frac{1}{2}+4・\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)-a-2>0 \)
\( 2+2\sqrt{2}-a-2>0 \)
よって、\( a<2\sqrt{2} \)
[1]~[4]すべての範囲を満たさなければなりませんから、\( -3<a<-2\sqrt{2} \)となりますね。
答え.\( -3<a<-2\sqrt{2} \)