極大値と極小値から係数を逆算する|3次関数の決定問題
で極大値 、 で極小値 をとる 3 次関数は です。
式が分からず、極値の条件だけが与えられている。この向きの問題では、一般形に条件を当てはめて係数を出します[1]。
未知数と条件の数をそろえる
3 次関数の一般形は で、 です。未知数は 4 つ。
4 つを決めるには、独立な条件が 4 つ要ります。極値 1 つにつき条件が 2 つ立ちます。
。その で導関数が になる
。極値の値そのもの
極大と極小が両方与えられれば、 で数がそろいます。ちょうど 1 つに決まる形です。
例:連立して解く
で極大値 、 で極小値 という条件で進めます。導関数は です。
4 つの式を並べます。
導関数の 2 式から始めます。辺々引くと が消えます。
を に入れると で 。
残る 2 式に代入します。。
なので です。
から 。したがって 、、 になります。
検算をする
出した式が条件を満たすか確かめます。連立を解いただけでは、向きが逆になっている場合を見落とします。
です。 と で になっている。
では両方の因数が負で積は正、 では負、 では正。 が極大、 が極小で合っています。
、。値も一致しました。

導関数から組み立てる別解
極値をとる が と だと分かっているなら、導関数の形が先に決まります[2]。
は 2 次式で、 を解にもちます。だから因数分解した形で書ける。
なら です。
これを積分すると になります。未知数が と の 2 つに減った。
と から、さきほどと同じ 、 が出ます。
4 元連立になる。手順は機械的だが式が多い
未知数が 2 つに減る。極値の が分かっているときだけ使える
と を経由しないぶん、計算が短くなります。極値の 座標が与えられていれば、こちらを試す価値があります。
極値の を決めただけでは、縦にずれた曲線も、つぶれた曲線もまだ残ります。高さの条件が 2 つ入って初めて 1 本に定まる。
例:もう 1 組の条件で解く
で極大値 、 で極小値 をとる 3 次関数を求めます。
導関数から組み立てます。 です。
積分すると になります。
、。
辺々足すと で 。引くと で です。
で、 が極大、 が極小。値も と で合います。
例:極値の高さが与えられない
が で極大、 で極小をとり、 とします。
から 2 つの式が立ちます。
辺々引くと で 。代入して です。
なので になります。
極値の値は条件に出てきませんでしたが、 が代わりの 1 本になりました。条件が 3 つでも、 の係数が と決まっていれば足ります。
未知数がいくつあるか数える
条件がいくつ立つか数える
数が合わなければ足りない条件を探す
例:極大値と極小値の差から
()の極大値と極小値の差が になる を求めます。
なので、解は です。
で極大、 で極小になります。値を出します。
差は です。これが になる条件から 。
両辺を 2 乗すると で になります。 で、極値は と 。差は です。
極大値と極小値は、 の係数が正なら 左が山、右が谷 になります。
係数が負なら順序が入れかわる。差をとる前に、どちらが上かを決めておく。
を動かすと、山と谷の開き方が変わります。差が になる場所は 1 か所だけです。
を大きくすると山と谷が左右に離れ、上下にも開きます。差が でそろうのは のときだけ。
が で極大値 、 で極小値 をとるとき、 の値はいくつですか。
導関数から組み立てる解き方も確かめます。
と で極値をとる 3 次関数の導関数は、どの形で書けますか。
は 2 次式で、 を解にもちます。 の係数を とすると の係数は なので、 の形です。3 つめは符号が逆で、解が と になってしまいます。
未知数の数と条件の数を先に数える。数が合っていれば、あとは連立を解いて検算するだけです。

















f′(x)=3ax2+2bx+c に x=0 を入れると f′(0)=c です。ここが極値なので c=0 になります。ほかの係数を求めなくても、代入だけで決まります。