==微分法(数学U/教科書レベル基本問題4)==
【例題1】
 次の関数の増減を調べて極値を求めてください.
 y=x2−2x+3
(解答)
y=2x−2=2(x−1)
y=0x=1
x···1···
y0+
y2
上の増減表により
区間x<1で減少,区間x>1で増加…(答)
x=1のとき極小値2をとる…(答)
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次の関数の増減を調べて極値を求めてください.
【問題1-1】
 y=x3−3x
(略解)
x=のとき極大値
x=のとき極小値
採点する
次の関数の増減を調べて極値を求めてください.
【問題1-2】
 y=x3−6x2+9x
(略解)
x=のとき極大値
x=のとき極小値
採点する
次の関数の増減を調べて極値を求めてください.
【問題1-3】
 y=−2x3+3x2−4
(略解)
x=のとき極大値
x=のとき極小値
採点する

【3次関数と極値の有無】
 ここでは,a>0の場合を扱う.
 3次関数y=ax3+bx2+cx+d…(#1)が極値を持つかどうかを調べたいとき
 y=3ax2+2bx+c=0…(#2)とおいた2次方程式の実数解の個数によって,グラフの形は次の3通りに分かれる.
 判別式をD=b2−12ac…(#3)とおくとき
ア) D>0のとき
 (#2)の2次方程式は,異なる2つの実数解α, βをもち,(#1)のグラフは,図のア)の形になる.極大値と極小値がある
イ) D=0のとき
 (#2)の2次方程式は,重解αをもち,(#1)のグラフは,図のイ)の形になる.
y=0となる点が1つx=αだけあるが,その前後で増減は変化しないので,極値はない.
ウ) D<0のとき
 (#2)の2次方程式は,実数解をもたず,(#1)のグラフは,図のウ)のような「単調増加」になる.
【例題2】
 次の関数が極値をもたないとき,定数kの値の範囲を求めてください.
 y=x3+3x2+kx
(解答)
y=3x2+6x+k
y=0となるxの2次方程式が異なる2つの実数解をもたなければ(重解または虚数解となるとき),元の関数は極値をもたない
判別式D'=9−3k≦0より
  k≧3…(答)
(参考)
下の図で,初めk=1の場合のグラフが描かれています.桃色の縦長のスケールでkの値をクリックすると,それに応じて関数のグラフが描かれます.
k=3の前後でグラフがどのように変化するかを観察してください.
kの値


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【問題2-1】
次の関数が極値をもつように,定数kの値の範囲を求めてください.
 y=x3−kx2+kx+1
  k<<k
採点する
【問題2-2】
次の関数が極値をもたないように,定数kの値の範囲を求めてください.
 
  ≦k≦
採点する

【問題2-3】
次の関数が極値をもつように,定数kの値の範囲を求めてください.
 y=x3+(k+2)x2+3kx
  k<<k
採点する
【絶対値付き関数の極値】
(1) 元の関数では極値でない点が絶対値付き関数では極値になることがある.これは,絶対値記号によってできる角点(折り目)で起こる.
(2) 絶対値付き関数の増減を調べるには,区間を場合分けして増減表を作り,全体をつなぎ合わすのが基本です.
 ただし,式全体が1つの絶対値記号で囲まれている場合は,「逆さ富士」「鏡写し」の要領でx軸に対称に上下をひっくり返すだけでできる.
(3) 角点(折り目)が極値になっている場合は,関数の値(極値)は定義されているが,微分係数は定義されない.
(解説)
下図@は,y=xおよびy=|x|のグラフです.
下図Aは,y=x(x−2)およびy=|x(x−2)|のグラフです.
(2)→いずれも,赤色のグラフをx軸に対称に上下をひっくり返したものが青色で示した絶対値付き関数のグラフです.
(1)→このようにしてできる絶対値付き関数のブラフは赤丸で示した点が「角点」(=折り目)になっています.
(3)→数学Uでは詳しく教えている時間はありませんが「x=αの近傍のどんな値に対してもf(α)≦f(x)が成り立つとき,x=αで極小」と言います.だから,(連続な関数を前提として)微分係数が0にならなくても,減少から増加に変化している点があれば,その点で極小になります.
x=αの近傍のどんな値に対してもf(α)≧f(x)が成り立つとき,x=αで極大」と言います.だから,(連続な関数を前提として)微分係数が0にならなくても,増加から減少に変化している点があれば,その点で極大になります.
--@--
x0
y×+
y極小値
0

--A--
x012
y×+0×+
y極小値
0
極大値
1
極小値
0
Aでx=1の点は微分係数が定義されており,f(1)=0
 これに対して,x=0, 2の点は微分係数が定義されない.左から近づいたときと右から近づいたときの微分係数が一致しないときは,その点で「微分係数なし」とし,増減表では「×」で示す.
 x=0, 2の点では微分係数がないが,関数値は定義されており,それぞれ極小値f(0)=0, f(2)=0となる.
【例題3】
 次の関数の増減を調べて極値を求めてください.
 y=|x|(x−2)
(解答)
絶対値付き関数の増減を調べるとき,「区間を場合分けして,絶対値を外してから,微分などを行い,増減表を作る」のが基本です.
ア) x<0のとき,y=−x(x−2)=−x2+2x y=−2x+2=−2(x−1)
y=0x=1
x···
y+
y
0···1···
++0
01

イ) 0≦xのとき,y=x(x−2)=x2−2x y=2x−2=2(x−1)
y=0x=1
x···
y
y
0···1···
0+
0−1

ア)イ)の表をつなぎ合わせると
x···
y+
y
0···1···
×0+
0−1

上の増減表により
区間0<x<1で減少,区間x<0, 1<xで増加…(答)
x=0のとき極大値0x=1のとき極小値−1…(答)
(参考)グラフは下図のようになります

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• 採点すれば採点結果と解説が出ます.見ているだけでは解説は出ません.

【問題3-1】
次の関数の極値を求めてください.
 y=x2|x−3|
 x=のとき,極大値

 x=のとき,極小値

(イ<ウとする)
採点する

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【問題3-2】
次の関数の極値を求めてください.
 y=|x(x−3)|+x−1
 x=のとき,極大値

 x=のとき,極小値

 x=のとき,極小値

(イ<ウとする)
採点する
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