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【数学I】例題4.1.16:三角比を含む方程式の解の個数2(One More)★★★★

【数学I】例題4.1.16:三角比を含む方程式の解の個数2(One More)
【数学I】例題4.1.16:三角比を含む方程式の解の個数2の例題ページ
問題の解答

【数学I】問題4.1.16:三角比を含む方程式の解の個数2の解答
検索用コード(LaTeX)
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% 例題I4.1.16:三角比を含む方程式の解の個数2(One More)★★★★
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方程式$2\sin^2\theta-a\sin\theta+1=0(0^{\circ}\leqq\theta\leqq 180^{\circ})$を満たす$\theta$が異なる4個の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I4.1.16の解答(One More)★★★★
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$\sin\theta=t$とおくと,与えられた方程式は,$2t^2-at+1=0$となり,この2次方程式の判別式を$D$とする.

$0^{\circ}\leqq\theta\leqq 180^{\circ}$のとき,$t$の値の範囲は$0\leqq t\leqq 1$であり,$0\leqq t<1$のとき,$\sin\theta=t$を満たす$\theta$の値は2個であり,$t=1$のとき$\sin\theta=1$を満たす$\theta$の値は1個である.

したがって,与えられた方程式を満たす$\theta$が$0^{\circ}\leqq\theta\leqq 180^{\circ}$の範囲で異なる4個の解をもつのは,$2t^2-at+1=0$が$0\leqq t<1$の範囲で異なる2つの実数解をもつときである.

ゆえに,求める条件は,$f(t)=2t^2-at+1$とすると,(i)$D>0$,(ii)軸が$0<t<1$の間にある,(iii)$f(0)\geqq 0,f(1)>0$である.

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

したがって,$a<-2\sqrt{2},2\sqrt{2}<a$

(ii) 軸は直線$t=\frac{a}{4}$であるから,$0<\frac{a}{4}<1$より,$0<a<4$

(iii) $f(0)=1,f(1)=-a+3$であり,$f(0)\geqq 0$かつ$f(1)>0$より,$-a+3>0$

したがって,$a<3$

よって,(i)〜(iii)より,求める$a$の値の範囲は,

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

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% 問題I4.1.16:三角比を含む方程式の解の個数2(One More)★★★★
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方程式$2\cos^2\theta+a\cos\theta+1=0(0^{\circ}\leqq\theta\leqq 90^{\circ})$を満たす$\theta$が異なる2個の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I4.1.16の解答(One More)★★★★
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$\cos\theta=t$とおくと,与えられた方程式は$2t^2+at+1=0$となり,この2次方程式の判別式を$D$とする.

$0^{\circ}\leqq\theta\leqq 90^{\circ}$のとき,$t$の値の範囲は$0\leqq t\leqq 1$であり,$0\leqq t\leqq 1$のとき,$\cos\theta=t$を満たす$\theta$の値は1個である.

したがって,与えられた方程式を満たす$\theta$が$0^{\circ}\leqq\theta\leqq 90^{\circ}$の範囲で異なる2個の解をもつのは,$2t^2+at+1=0$が$0\leqq t\leqq 1$の範囲で異なる2つの実数解をもつときである.

ゆえに,求める条件は,$f(t)=2t^2+at+1$とすると,(i)$D>0$,(ii)軸が$0<t<1$の範囲にある,(iii)$f(0)\geqq 0,f(1)\geqq 0$である.

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

\[
a^2-8>0
\]

したがって,$a<-2\sqrt{2},2\sqrt{2}<a$

(ii) 軸は直線$t=-\frac{a}{4}$であるから,$0<-\frac{a}{4}<1$より,$-4<a<0$

(iii) $f(0)=1,f(1)=a+3$であり,$f(0)\geqq 0$かつ$f(1)\geqq 0$より,$a+3\geqq 0$

したがって,$-3\leqq a$

よって,(i)〜(iii)より,求める$a$の値の範囲は,

\[
-3\leqq a<-2\sqrt{2}
\]

動的教材(例題4.1.16)

注:\(2\sqrt{2}\fallingdotseq2.83\)
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