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二次不等式
stomachmanの回答
この手の問題は場合分けがポイントです。それからグラフを描いてみると良いですよ。 f(x) = x^2+2mx+1 とします。(x^2はxの2乗の意味です。) [1] f(x) (0≦x<≦2)の最小値はどこにあるかを考えます。これは2次式だから、最小値を取りうるのは両端点(x=0、x=2)か、放物線の頂点のどれかです。この3通りを分けて考える必要がある。ここが一番のポイント。 [2] x^2の項の係数は1で、これは正だから、(x,f(x))のグラフは下に凸の放物線です。従って、放物線の頂点が最小である可能性が除外できません。(上に凸なら頂点は最大値にしかなりえないんですがね。) [3] 頂点の位置(xp,f(xp))を求める。一般にa x^2 + b x + cの頂点のx座標xpは2a xp+b=0を満たします。(微分法をご存じなら、これはf'(xp)=0という方程式を作ることに相当するのがお分かりになるはず。) これでf(xp)≧0になるようなmの範囲が決まりますね。 あるいは[3']のように考えても良い。 [3']f(xp)≧0。つまり放物線の頂点がx軸に接するか、それより上になる。これは、方程式 x^2+2mx+1=0 が重解を持つか、解がない場合に相当します。ということは、判別式D≦0であるようなmの範囲を求めればよい。 [4] この頂点のx座標xpが指定されたxの範囲(0≦x≦2)に収まるならば、(xp,f(xp))が曲線の一番低い場所です。もしxpが範囲(0≦x≦2)からはみ出すならば、x=0かx=2が最小ということになる。(グラフを描いてみると良くわかります。) [4-1]収まる場合: (A) 0≦xp≦2 。が成り立つようなmの範囲を求めます。mがこの範囲にあるとき、曲線の内で一番低い場所は放物線の頂点である。そして (B)[3]頂点がf(xp)≧0であるにはmはどういう範囲に入ればよいか。 この(A)と(B)が両方成り立つようなmの範囲を求めます。 [4-2] はみ出す場合(1) xp≦0の場合:xpは範囲(0≦x≦2)の外ですから、両端点だけ考えればよい。 (A) 放物線は下に凸ですから、xp≦0であれば、x=0のときよりx=2の時のほうがf(x)の値が大きい。(グラフを描いてみれば分かります。)だから (B) f(0)≧0であるにはmが幾らであればよいか、という問題です。 この(A)と(B)が両方成り立つようなmの範囲を求めます。 [4-3] はみ出す場合(2) xp≧2の場合:これも両端点だけ考えればよい。[4-2]と同様です。 [5] 以上をまとめると [4-1]、[4-2]、[4-3]のどれかが成り立つmであれば、(0≦x<≦2)である任意のxについてf(x)≧0になる。これが答ですね。
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