指数と対数の最大最小、置きかえた文字が動く範囲
の での最大値は 、最小値は です。
指数関数のままでは二次関数の道具が使えませんが、 と見ると形が変わります[1]。
と置けば 。見慣れた二次関数になりました。
ここから先で答えを左右するのは、 がどこまで動けるかです。 の範囲が、そのまま の範囲として渡ってきます。
の範囲を の範囲に移す
は増える一方なので、 に対応する の範囲は端どうしで決まります。
、 だから 。この 1 行を書いてから二次関数を扱います。
と平方完成すると、軸は 。範囲の左端にちょうど乗っています。
で最小値 、 で最大値 。 を に戻すと と です。
答えは ではなく で聞かれています。戻すところまでが一続きの作業になります。
軸が帯の中にあれば頂点が最小値、外にあれば端が最小値。二次関数の場合分けが、そのまま使えます。
例:軸が範囲の外に出る
同じ を で考えます。 の範囲は 。
軸 は帯の左外です。帯の中では増える一方なので、両端が答えになります。
で 、 で 。最小値 、最大値 です。
の範囲が変わっただけで、最小値の場所が頂点から端へ移りました。範囲を書き出しておく理由がここにあります。
に範囲がないとき
を、 に条件を付けずに考えます。
はどんな実数 に対しても正の値をとり、正の数ならすべて現れます[2]。だから 。
で なら、軸 は範囲の中にあります。最小値は 。
最大値はありません。 をいくらでも大きくできるので、 も限りなく大きくなります。
という条件は、 の範囲がなくても消えません。指数関数の値域そのものが持ち込む制限です。
対数の置きかえでは範囲が付かない
を で考えます。
と置くと です。
の範囲は と から 。軸 は中にあります。
で最小値 、両端を比べて で 、 で 。最大値は です。 に戻すと と 。
の条件を外すと、 は実数全体を動きます[3]。指数の と違い、対数の置きかえには制限が付きません。
和の形は相加平均と相乗平均で
の最小値を求めます。 と置くと なので 。
正の数 、 に対して、相加平均は相乗平均以上になります[4]。
、 とすると なので です。
等号が成り立つのは のとき[4]。 から 、つまり 。最小値は になります。

等号の確認を飛ばすと答えになりません。 以上だと分かっただけでは、 に届く があるかは未確定です。
等号が成り立たない場合
を で考えます。 です。
相加平均と相乗平均の関係からは が出ますが、等号は のとき。 の中に入っていません。
こういうときは が で増える一方であることを使います。 で最小値 。
不等式で下限を出したら、その値に手が届くかを必ず確かめる。届かなければ別の道で最小値を探します。
例:積の形になる対数
の最大値を求めます。 が条件です。
商の法則から [5]。 と置くと 。
で、 は実数全体を動きます。
最大値は 。 から のときです。最小値はありません。
例:底と真数が入れかわる形
を で考えます。底に文字が入っています。
底の変換公式で [5]。 と置くと です。
から 。相加平均と相乗平均の関係が使えて 、等号は すなわち 。
逆数の関係にある 2 つを足す形は、置きかえるとどれも に着きます。見た目が違っても中身は同じ。
の最小値はどれですか。
を で考えたときの最大値はどれですか。
と置くと で、 です。両端を比べると で 、 で となり、最大値は になります。
置きかえたら範囲も一緒に運ぶ。指数なら が付き、対数なら付かない。ここを分けておけば、あとは二次関数の話になります。











t=3x と置くと 9x=t2、3x+1=3t なので y=t2−6t+10=(t−3)2+1 です。t>0 に軸 t=3 が含まれるため、最小値は 1 になります。