ONEONEさん、こんばんは。
>A(2、0),B(-2、0),P(p、q)(q>0)
で点Pが∠APB=60°を満たして動くとき三角形APBの重心Gの軌跡を求める問題です。
まず、(p,q)の満たす式を求めていけばいいですね。
指針としては、
>内積を2通りで表すのかと思いx成分とy成分を掛けて足すのと
A・B=|A|・|B|cosθ
って書くので表して連立してみたのですが
というONEONEさんの方法で、よいと思います。
→ → → →
AP*BP=|AP||BP|cos60°
ですから、これに座標をあてはめてみましょう。
(以下はベクトルの矢印は省略します)
AP=(p-2,q)
BP=(p+2,q)ですから
左辺=(p+2)(p-2)+q^2
=p^2-4+q^2・・・(あ)
右辺=√{(p-2)^2+q^2}√{(p+2)^2+q^2}*1/2・・・(い)
(あ)=(い)なので、両辺2倍してから2乗します。
左辺=4(p^2+q^2-4)^2←(あ)の2倍の2乗
=4p^4+8p^2q^2-32p^2+4q^2-32q^2+64・・(★)
右辺={(p+2)^2+q^2}{(p-2)^2+q^2}
=(p+2)^2(p-2)^2+q^2{(p+2)^2+(p-2)^2}+q^4
=(p^2-4)^2+2q^2(p^2+4)+q^4
=p^4-8p^2+16+2p^2q^2+8q^2+q^4・・(☆)
(★)=(☆)より、
3p^4-24p^2+6p^2q^2+3q^4-24q^2+48=0
3(p^2+q^2-4)^2=0
よって、p^2+q^2=2
これは、点(p,q)は原点中心の半径2の円になることを示しています。
あとは、p/3=X,q/3=Yとして、p=3X,q=3Yを代入すれば、
X^2+Y^2=(2/3)^2
となるので、求める軌跡は原点中心の半径2/3の円周であることが分かります。
p,qの4次式になっているので、計算が煩雑ですが、えいやっと計算するしかないと思います。
頑張ってください!!
補足
図に描けば確かに中心もわかるし、円の式もかけますけど・・・ 数式を用いて説く方法は<?>です。