与えられた連立不等式 $ \begin{cases} x^2 + y^2 \leq 4 \\ x - 2y + 2 \geq 0 \end{cases} $ の表す領域を図示する問題です。

幾何学領域不等式図示直線連立不等式
2025/7/5

1. 問題の内容

与えられた連立不等式
\begin{cases}
x^2 + y^2 \leq 4 \\
x - 2y + 2 \geq 0
\end{cases}
の表す領域を図示する問題です。

2. 解き方の手順

まず、それぞれの不等式が表す領域を考えます。
(1) x2+y24x^2 + y^2 \leq 4 は、中心が原点(0, 0)、半径が2の円の内部(境界を含む)を表します。
(2) x2y+20x - 2y + 2 \geq 0 は、直線 x2y+2=0x - 2y + 2 = 0 の上方領域(境界を含む)を表します。この直線は、以下のように変形できます。
2yx+22y \leq x + 2
y12x+1y \leq \frac{1}{2}x + 1
つまり、傾きが 1/21/2 、y切片が1の直線より下の領域を表します。
次に、これらの領域の共通部分が、求める領域となります。
x2+y2=4x^2 + y^2 = 4 と直線 x2y+2=0x - 2y + 2 = 0 の交点を求めることもできます。直線の方程式を x=2y2x = 2y - 2 と変形し、円の方程式に代入します。
(2y2)2+y2=4(2y - 2)^2 + y^2 = 4
4y28y+4+y2=44y^2 - 8y + 4 + y^2 = 4
5y28y=05y^2 - 8y = 0
y(5y8)=0y(5y - 8) = 0
よって y=0y = 0 または y=85y = \frac{8}{5}
y=0y=0 のとき、x=2(0)2=2x = 2(0) - 2 = -2
y=85y=\frac{8}{5} のとき、x=2(85)2=165105=65x = 2(\frac{8}{5}) - 2 = \frac{16}{5} - \frac{10}{5} = \frac{6}{5}
したがって、交点は (2,0)(-2, 0)(65,85)(\frac{6}{5}, \frac{8}{5}) です。
図示する際には、中心(0,0)、半径2の円を描き、直線 y=12x+1y = \frac{1}{2}x + 1 を描きます。円の内部かつ直線より上の領域が求める領域になります。円の境界と直線の境界も含むことに注意してください。

3. 最終的な答え

求める領域は、中心が原点、半径2の円 x2+y2=4x^2 + y^2 = 4 の内部(境界を含む)と、直線 x2y+2=0x - 2y + 2 = 0 の上側領域(境界を含む)の共通部分です。
(図示された領域は、円の内部かつ直線の上側の領域になる。)

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