図 1
【3】 座標平面において,一辺の長さがの正方形を考える.はじめに,各頂点がそれぞれ点上にあるとする.この正方形を点と原点の両方に接触させながら頂点がはじめて原点に到達するまで反時計まわりに回転させる(図1).このとき次の問いに答えよ.
(1) 頂点の座標をとするとき,をの式で表せ.
(2) 線分と軸とのなす角をとするとき,の長さをで表せ.
(3) (2)のとき,頂点の座標をで表せ.
(4) 頂点がから原点まで動くとき,頂点の座標がとる値の範囲を求めよ.
(5) 頂点がから原点まで動くとき,頂点の軌跡,軸及び軸によって囲まれる部分の面積を求めよ.