質問<1568>
「「最大値M(a)の関数」」
日付 2004/1/23
質問者 フェッセンセン


a>0とする。
関数f(x)=|\(x^{3}\)-3*\(a^{2}\)*x|の-1≦x≦1における最大値をM(a)とする時
(1)M(a)をaを用いて表せ
(2)M(a)を最小にするaの値を求めよ。

という問題なんですが、

(1)
a<1の時 M(a)=|1-3\(a^{2}\)|
a>1の時 M(a)=2\(a^{3}\)
という答えでよいでしょうか?

まずf(x),f'(x)をもとめ、因数分解、増減表、図を書く。
ぐらいまでしか、わかっていません。

お便り
日付 2004/2/2
回答者 こんにちは


a<1の時 M(a)=|1-3\(a^{2}\)|
a>1の時 M(a)=2\(a^{3}\)
これは違いますね。
では解答を

(1)
f(-x)=|(-x\()^{3}\)-3\(a^{2}\)(-x)|=|\(x^{3}\)-3\(a^{2}\)x|=f(x)だから
f(x)はy軸に対して対称である。
よって0≦x≦1に対して最大・最小を考えれば十分である。
g(x)=\(x^{3}\)-3\(a^{2}\)xの
0≦x≦1の最大、最小を求めます。
g'(x)=3(\(x^{2}\)-\(a^{2}\))

a≧1のとき
g(x)は単調減少である。
g(x)の最大値は、g(0)=0、最小値はg(1)=1-3\(a^{2}\)

0<a<1のとき
   0      a         1
g'(x)   -    0    +  
g(x) 0  減少 -2\(a^{2}\)   増加  1-3\(a^{2}\)

よって
a≦1/\(\sqrt{\quad}\)3のとき
g(x)の最大値はg(1)=1-3\(a^{2}\)
g(x)の最小値はg(a)=-2\(a^{2}\)

1>a>1/\(\sqrt{\quad}\)3のとき
g(x)の最大値はg(1)=1-3\(a^{2}\)
g(x)の最小値はg(a)=-2\(a^{2}\)

よって
0<a≦1/\(\sqrt{\quad}\)3のとき
f(x)=|g(x)|の最大値
f(a)=2\(a^{2}\)、f(1)=1-3\(a^{2}\)
f(a)-f(1)=2\(a^{2}\)-(1-3\(a^{2}\))=5\(a^{2}\)-1

0<a≦1/\(\sqrt{\quad}\)5のとき
f(a)-f(1)≦0より
M(a)=1-3\(a^{2}\)

1/\(\sqrt{\quad}\)3≧a>1/\(\sqrt{\quad}\)5のとき
f(a)-f(1)>0より
M(a)=2\(a^{2}\)

1>a>1/\(\sqrt{\quad}\)3のとき
f(a)=2\(a^{2}\)、f(1)=1-3\(a^{2}\)
f(a)-f(1)=2\(a^{2}\)-(1-3\(a^{2}\))=5\(a^{2}\)-1>0だから
M(a)=2\(a^{2}\)

a≧1のとき
M(a)=3\(a^{2}\)-1

まとめると

0<a≦1/\(\sqrt{\quad}\)5のとき
M(a)=1-3\(a^{2}\)

1/\(\sqrt{\quad}\)5<a<1のとき
M(a)=2\(a^{2}\)

a≧1のとき
M(a)=3\(a^{2}\)-1

(2) 

a≧1のとき、M(a)=3\(a^{2}\)-1≧3-1=2
0<a<1のときM(a)≧\(\frac{2}{5}\)
よってM(a)の最小値は\(\frac{2}{5}\)である。

お便り
日付 2004/2/2
回答者 t.kobayashi


(1) 0<a≦\(\frac{1}{2}\) のとき 1-3\(a^{2}\)
\(\frac{1}{2}\)<a≦1 のとき 2\(a^{3}\)
1<a のとき 3\(a^{2}\)-1
(2) \(\frac{1}{2}\)