中学理科1633649 views
高校化学2933198 views
LaTeX965557 views
英語617403 views
ヒストリア294981 views
いろは3025218 views
高校国語790013 views
小学理科721729 views
世界の国567435 views
MathPython501700 views
Help
Tools

English

最大値と最小値が先に与えられる - どこでとるかで場合を分ける

の における最大値が のとき、 です。

最大値を求める問題では候補を並べて比べました。逆向きの問題では、どれが最大なのかを決めてから方程式を立てます[1]。

どこで最大をとるかが によって変わる場合は、場合分けが要ります。

候補を の式で並べる

なので、極値をとるのは 。どちらも区間の中です。

候補は 4 つ。それぞれを の式で書きます。

が定数項なので、4 つとも同じだけ持ち上がります。上下の順序は によらず決まっている。

いちばん大きいのは です。これが なので 。ついでに最小値も と出ます。

極値と端の値を の式で書く

どれが最大かを判定する

その式と与えられた値を等号で結ぶ

定数項なら順序が動かない

が定数項のときは楽です。すべての候補が同じだけ動くので、大小関係が入れかわりません。

判定を 1 回すれば、あとは方程式を解くだけになります。

紫の 2 点はいつでも同じ高さです。定数を動かしても、その関係は崩れません。

例:最大と最小の両方が与えられる

を で考えます。 とし、最大値が 、最小値が とします。

なので、 と が候補です。 は右端でもあります。

なら で極大です。値を並べます。

と が同じ値でした。 なので 。

最大は 、最小は です。 から 。

になります。

候補値役割
最小
最大
最小

左端と右端がたまたま同じ値になる形でした。最小値をとる場所が 2 か所ある。

判定が で変わる場合

を で考えます。最大値が になる を求めます。

です。区間に入るのは 。

の符号で増減が入れかわるので、2 通りに分けます。

のとき

で極小。最大は右端の

のとき

で極大。最大は

の場合、 から 。条件の を満たします。

の場合、 から 。こちらも条件を満たします。

答えは と の 2 つ。片方だけを書くと落としになります。

出した答えが、場合分けの前提を満たしているか確かめる。

の場合で が出たら、その解は捨てる。前提と矛盾するため。

例:区間の端に文字がある

の における最大値が になる を求めます。 です。

区間の中で は まで下がり、そこから増えます。最大の候補は左端の と右端の 。

が小さいうちは左端の が最大です。 にはならないので、右端が最大になる場合を考えます。

移項して 。因数分解すると です。

の解は 。 で、確かに左端の より大きい。

与えられた値が実現しない場合

最大値として指定された値が、どの候補でも作れないことがあります。

の で、最大値を にしたいとします。

左端の が候補にあるので、最大値は必ず 以上。 にはできません。

答えなし、という結論も出ます。候補の値の範囲を先に見ておくと気づけます。

の における最小値が のとき、 はいくつですか。

__RESULT__

候補は と で、小さいのは 。 から です。このとき最大値は になります。

場合分けの扱いも確かめます。

の における最大値が になる をすべて挙げるとどれですか。

  • と
  • のみ
  • のみ
__RESULT__

の符号で増減が入れかわります。 なら最大は右端の で 、 なら最大は での で 。どちらも前提を満たすので、答えは 2 つです。

候補を文字の式で並べ、どれが最大かを決めてから等号を立てる。判定が文字によって変わるときだけ、場合分けが必要になります。

出典

4.3 Maxima and Minima. Calculus Volume 1, OpenStax.
4.5 Derivatives and the Shape of a Graph. Calculus Volume 1, OpenStax.
Chapitre 3 — Dérivation, étude de fonctions. MathSV, Université Claude Bernard Lyon 1.
$x^3 - 3x + a$ の $[-2, 2]$ での最大値が 5 なら $a = 3$。候補を $a$ の式で並べ、どれが最大かを決めてから等号を立てます。定数項なら全部が同じだけ動くので順序は変わりません。$ax^3 - 3ax + 1$ のように係数に文字が入ると符号で増減が裏返り、$a = 1$ と $a = -1$ の 2 つが答えになる。出した解が場合分けの前提を満たすかの確認も要ります。区間の端が文字の場合、指定された値が実現しない場合まで扱いました。