質問<1298>
「「対数の方程式」」
日付 2003/7/5
質問者 こまりん


\(x^{y}\)=\(y^{x}\) , log(x)log(y)=1
を満たす (x,y) の組をすべて求めなさい。
ただし、0<y<x とする。

お便り
日付 2003/7/9
回答者 下野哲史


x=y とすると、
(log x\()^{2}\)=1 より
log x=\(\pm\)1
x=e, \(\frac{1}{e}\)
よって x=y ならば (x,y)=(e,e), (\(\frac{1}{e}\),\(\frac{1}{e}\))
これは、\(x^{y}\)=\(y^{x}\) にも成り立つ。

ところが、\(x^{y}\)=\(y^{x}\) を満たす解は最大で2つしか存在しない。
これを示す。
両辺の対数をとると
log (\(x^{y}\))=log(\(y^{x}\))
x>0, y>0 より
(log x)/x=(log y)/y

ここで、y=(log x)/x のグラフを考えると、
lim(x→+0) y=-∞ , lim(x→∞)y=0 (ロピタル使うと早い)
また
y'=(1-log x)/\(x^{2}\) より、
0<x<e で y は単調増加
x>e で y は単調減少

↑y
|
| /\
| | \_________
--+----|----------\(\vec{O}\) | | e x
| |

こんなグラフ。(頻出だからおぼえておくといいです)
グラフから解が2つしかないのは明らか。

よって、\(x^{y}\)=\(y^{x}\) , (log x)(log y)=1 を満たす解は
0<x<y ならば存在しない。