質問<2642>
「「数IIIです」」
日付 2005/10/23
質問者 halloweenie


(1)x + cosx =0 の実数解の個数を求めよ。
(2)\(x^{3}\)-3ax+2=0の異なる実数解の個数を調べよ。ただしaは定数。
(3)\(x^{3}\)-ax+16=0が0以上3以下のxの範囲にある異なる2つの実数解をもつ
   ようにaの値の範囲を定めよ。

答えは順に
(1)1個
(2)a<1のとき1個、a=1のとき2個、1<aのとき3個
(3)12より大きく\(\frac{43}{3}\)以下
なのですが途中のやり方をできれば詳しくお願いします。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2005/10/31
回答者 wakky


(1)
f(x)=x+cosx とおくと
f'(x)=1-sinx≧0→単調増加(恒等的に0となる区間はない)
x→-∞のときf(x)→-∞、x→+∞のときf(x)→+∞だから
実数解は1個

(2)(3)は、微分して増減表を書いて、グラフの概形が書ける前提で回答します。
また、単純に与えられた方程式f(x)=0のf(x)を微分して、増減表を書くと
aの値の範囲の吟味が少々面倒になります。
この場合は、x=0が解に成り得ないことに着目して
aを定数として扱えるような工夫をします。
そのことで、x軸との交点の数=解の個数と置き換えることができます。

(2)
x=0は解ではないので、与えられた方程式は
\(x^{2}\)+(\(\frac{2}{x}\))-3a=0 と同値である。
f(x)=\(x^{2}\)+(\(\frac{2}{x}\))-3a と置くと
f'(x)=2(x-1)(\(x^{2}\)+x+1)/\(x^{2}\)
\(x^{2}\)+x+1={x+(\(\frac{1}{2}\))}^2+\(\frac{3}{4}\)>0だから
f'(x)=0のときx=1
増減表(省略)からグラフ(省略)を書くと
x<0で1つの解を持ち
x>0では極小かつ最小値が3-3aであることが分かる。
3-3a>0\(\vec{a}\)<1→解は1個
3-3a=0\(\vec{a}\)=1→解は2個
3-3a<0\(\vec{a}\)>1→解は3個

(3)
(2)と同様にやります。
微分して増減表を書いてグラフの概形を書けば
x<0に解1個
x>0では極小かつ最小値f(2)=12-aであることが分かります。
x=0は解ではないので、0<x≦3で考えればよいことになります。
この範囲に異なる2つの解を持つ条件は
12-a<0 かつ f(3)=(\(\frac{43}{3}\))-a≧0
したがって
12<a≦\(\frac{43}{3}\) となります。