質問<1613>
「「今年の入試問題」」
日付 2004/2/28
質問者


aを実数とし、関数f(x)=(2x-3)log(a-x)を考える。次の問いに答えよ。
(1)f(x)≧0を満たすxの範囲を求めよ。
(2)a=1のとき、f(x)は増加関数であることを示し、
  f(x)のグラフの凹凸、変曲点を調べて、そのグラフの概形をかけ。

お便り
日付 2004/3/17
回答者 wowow


(1)真数条件よりx<a f(x)≧0より(2x-3)log(a-x)≧0
 Ⅰ)x<\(\frac{3}{2}\)のとき 2x-3<0よりlog(a-x)≦0となればよいの
         で0<a-x≦1よってxはx<aかつx<\(\frac{3}{2}\)かつ
         a-1≦x<aを満たせばよい 従って
         a≦\(\frac{3}{2}\)のときa-1≦x<a
\(\frac{3}{2}\)<x<\(\frac{5}{2}\)のときa-1≦x<\(\frac{3}{2}\)
         a≧\(\frac{5}{2}\)のときxの範囲は存在しない
 Ⅱ)x=\(\frac{3}{2}\)のとき 2x-3=0よりlog(a-x)が存在すればよい
         のでx<aよってxはx<aかつx=\(\frac{3}{2}\)を満た
         せばよい 従って
         a≦\(\frac{3}{2}\)のときxの範囲は存在しない
         a>\(\frac{3}{2}\)のときx=\(\frac{3}{2}\)
 Ⅲ)x>\(\frac{3}{2}\)のとき 2x-3>0よりlog(a-x)≧0となればよいの
         でa-x≧1よってxはx<aかつx>\(\frac{3}{2}\)かつ
         x≦a-1を満たせばよい 従って
         a<\(\frac{5}{2}\)のとき\(\frac{3}{2}\)<x≦a-1
         \(\frac{5}{2}\)≦aのときxの範囲は存在しない
 Ⅰ)Ⅱ)Ⅲ)より a≦\(\frac{3}{2}\)のとき     a-1≦x<a
         \(\frac{3}{2}\)<a<\(\frac{5}{2}\)のとき   a-1≦x≦\(\frac{3}{2}\)
a≧\(\frac{5}{2}\)のとき     \(\frac{3}{2}\)≦x≦a-1

(2)a=1のときf(x)=(2x-3)log(1-x) (真数条件よりx<1)
 f'(x)=2log(1-x)+(2x-3)/(x-1)
=2log(1-x)+2-1/(x-1)
f''(x)=2/(x-1)+1/(x-1\()^{2}\)
=(2x-1)/(x-1\()^{2}\)
f'(x)の増減はx<1において
 
  x … \(\frac{1}{2}\) … (1)
 f''(x) - 0 + -
 f'(x) 減少 4-2log2 増加 -

 よってf'(x)はx=\(\frac{1}{2}\)のとき最小となり最小値4-2log2を とる
 ここで4-2log2=2(log\(e^{2}\)-log2)>0となるのでf'(x)>0
従ってf(x)は増加関数
 f'(x)の正負よりx<\(\frac{1}{2}\)のとき上に凸,\(\frac{1}{2}\)>xのとき下に凸
変曲点(\(\frac{1}{2}\),4-2log2)
x→-∞のときf(x)→-∞,x→1-0のときf(x)→+∞なので
 グラフは(略)