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【数学I】例題3.3.26:方程式の解の存在範囲2(One More)★★★

【数学I】例題3.3.26:方程式の解の存在範囲2(One More)
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問題の解答

【数学I】問題3.3.26:方程式の解の存在範囲2の解答
検索用コード(LaTeX)
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% 例題I3.3.26:方程式の解の存在範囲2(One More)★★★
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2次方程式$x^2-3ax+2=0$が,$0<x<4$の範囲に異なる2つの実数解をもつような定数$a$の値の範囲を求めよ.

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% 例題I3.3.26の解答(One More)★★★
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$y=f(x)=x^2-3ax+2$とし,2次方程式$x^2-3ax+2=0$の判別式を$D$とする.

$y=f(x)$のグラフは,下に凸の放物線で,軸は$x=\frac{3a}{2}$である.

$f(x)=0$が$0<x<4$に異なる2つの実数解をもつのは,$y=f(x)$のグラフが右の図のようになるときである.

したがって,求める条件は,

(i) $D>0$,

(ii) 軸が$0<x<4$の間にある,

(iii) $f(0)>0,f(4)>0$である.

(i) $D=(-3a)^2-4\cdot 1\cdot 2=9a^2-8$であり,$D>0$であるから,

\[
9a^2-8>0
\]

したがって,$a<-\frac{2\sqrt{2}}{3},\frac{2\sqrt{2}}{3}<a$

(ii) 軸は直線$x=\frac{3a}{2}$であるから,$0<\frac{3a}{2}<4$より,$0<a<\frac{8}{3}$

(iii) $f(0)=0^2-3a\cdot 0+2=2,f(4)=4^2-3a\cdot 4+2=-12a+18$であり,$f(0)>0$かつ$f(4)>0$より,$-12a+18>0$

したがって,$a<\frac{3}{2}$

よって,(i)〜(iii)より,求める$a$の値の範囲は,

\[
\frac{2\sqrt{2}}{3}<a<\frac{3}{2}
\]

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% 問題I3.3.26:方程式の解の存在範囲2(One More)★★★
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2次方程式$x^2-4ax+3=0$が,$1<x<5$の範囲に異なる2つの実数解をもつような定数$a$の値の範囲を求めよ.

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% 問題I3.3.26の解答(One More)★★★
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$y=f(x)=x^2-4ax+3$とし,2次方程式$x^2-4ax+3=0$の判別式を$D$とする.

$y=f(x)$のグラフは,下に凸の放物線で,軸は$x=2a$である.

$f(x)=0$が$1<x<5$に異なる2つの実数解をもつのは,$y=f(x)$のグラフが右の図のようになるときである.

したがって,求める条件は,

(i) $D>0$,

(ii) 軸が$1<x<5$の間にある,

(iii) $f(1)>0,f(5)>0$である.

(i) $\frac{D}{4}=(-2a)^2-1\cdot 3=4a^2-3$であり,$D>0$であるから,

\[
4a^2-3>0
\]

したがって,$a<-\frac{\sqrt{3}}{2},\frac{\sqrt{3}}{2}<a$

(ii) 軸は直線$x=2a$であるから,$1<2a<5$より,$\frac{1}{2}<a<\frac{5}{2}$

(iii) $f(1)=1^2-4a\cdot 1+3=-4a+4,f(5)=5^2-4a\cdot 5+3=-20a+28$であり,$f(1)>0$かつ$f(5)>0$より,$4-4a>0,-20a+28>0$

したがって,$a<1$

よって,(i)〜(iii)より,求める$a$の値の範囲は,

\[
\frac{\sqrt{3}}{2}<a<1
\]

動的教材(例題3.3.26)

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