質問<2049>
「「関数の増減・極値」」
日付 2004/11/8
質問者 たかよ


3次関数f(x)=x^3-3ax+bについて
(1)この関数が極値をもつ条件を求めよ。
(2)f(x)がx=αで極大、x=βで極小となるとき、f(α)-f(β)を求めよ。
(3)(2)のα、βに対して、点(α,f(α))と点(β,f(β))を結 ぶ線分の
  中点をPとするとき、Pは曲線y=f(x)上にあることを示せ。

  よろしくお願いします。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2004/12/10
回答者 黒猫


(1)f'(x) = 3(\(x^{2}\)-a)である。これが正負の変化をする
xがあればよい。
f'(x)は二次関数なので、x軸と相異なる二点で交わ
ればよい(1点で交わるときは
  負に変化していないので極値を持たない)
  よって、a>0ならば二点で交わるので、求める条件
は a>0

(2)極値をもつxはf'(x)=0⇔\(x^{2}\)=a⇔x = \(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)aなので、増減表は
  x | |-\(\sqrt{\quad}\)a | |\(\sqrt{\quad}\)a |
f'(x)| 正| 0 | 負| 0 | 正
f(x) | ↑| 極大| ↓|極小| ↑
なのでα=-\(\sqrt{\quad}\)a β=\(\sqrt{\quad}\)a
よって、f(α)-f(β)
=(-\(\sqrt{\quad}\)a)^3-3a(-\(\sqrt{\quad}\)a)+b-{(\(\sqrt{\quad}\)a)^3-3a\(\sqrt{\quad}\)a+b}
=4a\(\sqrt{\quad}\)a

(3)P((α+β)/2 , (f(α)+f(β))/2)がfを満たせばよい。
 f(α)+f(β)
=(-\(\sqrt{\quad}\)a)^3-3a(-\(\sqrt{\quad}\)a)+b+(\(\sqrt{\quad}\)a)^3-3a\(\sqrt{\quad}\)a+b
=2(b-3a\(\sqrt{\quad}\)a)
∴ (f(α)+f(β))/2 = b

α+β=0なので(α+β)/2=0
 よってf((α+β)/2)=f(0)=b
 以上のことから
 f((α+β)/2)=(f(α)+f(β))/2
したがって、Pはy=f(x)上にある。

お便り
日付 2004/12/12
回答者 wakky


(1)
f’(x)=3(x^2-a)より
a>0が極値を持つための条件

(2)
a>0として
(増減表は省略)
x=-\(\sqrt{\quad}\)aで極大、x=\(\sqrt{\quad}\)aで極小
つまり
α=-\(\sqrt{\quad}\)a,β=\(\sqrt{\quad}\)a
f(α)=f(-\(\sqrt{\quad}\)a)=2a\(\sqrt{\quad}\)a+b
f(β)=f(\(\sqrt{\quad}\)a)=-2a\(\sqrt{\quad}\)a+b
f(α)-f(β)=4a\(\sqrt{\quad}\)a

(3)
(α,f(α))=(-\(\sqrt{\quad}\)a,2a\(\sqrt{\quad}\)a+b)
(β,f(β))=(\(\sqrt{\quad}\)a,-2a\(\sqrt{\quad}\)a+b)
よって
点Pの座標は(0,b)
f(0)=bだから
点Pは曲線y=f(x)上にある。