xの方程式\(4^{x}\)-a・2^(x+2)+a+3=0がx≦2の異なる2つの解をもつとき、
定数aの値の範囲を求めよ。
★希望★完全解答★
xの方程式\(4^{x}\)-a・2^(x+2)+a+3=0がx≦2の異なる2つの解をもつとき、
定数aの値の範囲を求めよ。
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t=\(2^{x}\) とおくと,x の方程式は \(t^{2}\)-4at+a+3=0 と t の2次方程式になります。
x≦2 をみたす実数 x に対して,t=\(2^{x}\) は 0<t≦\(2^{2}\)=4 という範囲の値を取り得ます。
また,t=\(2^{x}\), s=\(2^{y}\) に対して,t≠s ならば x≠y ですので,解くべき問題は
\(t^{2}\)-4at+a+3=0 が 0<t≦4 の範囲で異なる 2 つの実数解を持つような定数 a の条件を
求めること,と言い換えられます。
これはもはや2次方程式の理論ですので,議論は詳細に書きませんが,
s=\(t^{2}\)-4at+a+3 のグラフがどうなっていればよいか ts 平面に図を描いて考えると,
(1) 区間の左端でグラフが t 軸の上方にあり,区間の右端ではグラフが t 軸上か
それよりも上方にあり,
(2) 軸が区間 (0,4) を横切り,頂点が t 軸の下方にあればよい
ことがわかります。
(1) より,t=0 を代入したときの s の値について a+3>0 であることと,
t=4 を代入したときの s の値について -15a+19≧0 であることが出てきます。
これらより,-3<a<\(\frac{19}{15}\).
s=(t-2a\()^{2}\)-4\(a^{2}\)+a+3 より,グラフの頂点の座標は (2a,-4\(a^{2}\)+a+3) なので,
軸の条件より 0<2a<4 かつ -4\(a^{2}\)+a+3<0 となります。
これらより,まず 0<a<2. そして 4\(a^{2}\)-a-3=(4a+3)(a-1) と因数分解できることから,
-4\(a^{2}\)+a+3<0 より (a+\(\frac{3}{4}\))(a-1)>0. これより a<-\(\frac{3}{4}\) または 1<a.
(2) から得られる範囲は 1<a<2 となります。
(1),(2) の a の範囲の共通部分が答えになりますが,1<\(\frac{19}{15}\)<2 より,
答えは 1<a<\(\frac{19}{15}\) となります。
