質問<3001>
「「3次方程式の判別式」」
日付 2006/3/1
質問者 けい


3次方程式x^3-3k^2x+2k=0が異なる3つの実数解を持つように、
実数の定数kの値を求めよ。
どなたかよろしくお願いします。。

★希望★完全解答★

お返事(武田)
日付 2006/3/1
回答者 武田


3次方程式 x^3+mx+n=0 の判別式
R=(n/2)^2+(m/3)^3 において
R<0のとき、(つまりm<0)に、3実根x1、x2、x3が定まる。
詳しくは、質問<31>参照

したがって、
R=(n/2)^2+(m/3)^3
 =(2k/2)^2+(-3k^2/3)^3
 =k^2 -k^6
 =k^2(1-k^4)
 =k^2(1+k^2)(1+k)(1-k)
R<0より、
k^2(1+k^2)(1+k)(1-k)<0
m<0より、-3k^2<0、k^2>0、1+k^2>0
よって、
(1+k)(1-k)<0
∴k<-1,1<k……(答)

お便り
日付 2006/3/2
回答者 angel


3次関数のグラフを想像しましょう。

f(x)=\(x^{3}\)-3\(k^{2}\)x+2k としたとき、

f(x)=0 が異なる3実数解を持つ
⇔ y=f(x)のグラフが、x軸と異なる3点で交わる
⇔ f(x)が極小値・極大値を持ち、極小値は0未満、極大値は0より大

f'(x)=3\(x^{2}\)-3\(k^{2}\)=3(x-k)(x+k)
よって、 f'(x)=0 の解は、k=0 の時 x=0(重解)、k≠0の時 x=\(\pm\)k

また、
f(k)=-2\(k^{3}\)+2k=-2k(k-1)(k+1)
f(-k)=2\(k^{3}\)+2k=2k(\(k^{2}\)+1)

・k>0 の時、
 x=k の時 f(k)が極小、x=-k の時 f(k)が極大
 k>0, \(k^{2}\)+1>0 より、極大値 f(-k)>0 は成立する。
 極小値 f(k)<0 を解いて、k>1

・k=0 の時、
 f(x)は極小値も極大値も持たない

・k<0 の時
 x=-k の時 f(k)が極小、x=k の時 f(k)が極小
 k<0, \(k^{2}\)+1>0 より、極小値 f(-k)<0 は成立する。
 極大値 f(k)>0 を解いて、k<-1

あわせて、
 k>1, k<-1