質問<330>
「「定数は分離する」」
日付 2000/10/3
質問者 ゆうき


0<X<2πであるとき、Xについての方程式、
ke^\(\sqrt{\quad}\)3*X=cosXの解の個数を求めよ。
(keの(\(\sqrt{\quad}\)3かけるX)乗)

途中で、y'=-2e^-\(\sqrt{\quad}\)3*X sin(X+π/3)
となり、増減表を書くのですが、
増減表のXの0,\(\frac{2}{3}\)*π,\(\frac{5}{3}\)*π,2πというところの
値の求める過程を詳しく教えてください。
ヨロシク御願します。

お返事(武田)
日付 2000/10/4
回答者 武田


0<x<2πのとき、
ke\(\sqrt{\quad}\)3x=cosxの解の個数を求めるために、変形して、

  cosx
k=───=e-\(\sqrt{\quad}\)3x・cosx
  e\(\sqrt{\quad}\)3x
左辺と右辺をそれぞれyとおき、
{y=k
{y=e-\(\sqrt{\quad}\)3x・cosx
この2つのグラフの交点を調べる。
まず、y=e-\(\sqrt{\quad}\)3x・cosxを微分して、
y′=-\(\sqrt{\quad}\)3e-\(\sqrt{\quad}\)3x・cosx-e-\(\sqrt{\quad}\)3x・sinx
  =-e-\(\sqrt{\quad}\)3x(\(\sqrt{\quad}\)3cosx+sinx)
  =-2e-\(\sqrt{\quad}\)3x・sin(x+π/3)
y′=0より、
-\(\sqrt{\quad}\)3x>0より、sin(x+π/3)=0
0<x<2πより、
  2  5
x=─π,─π
  3  3
代入して、
f(0)=e-\(\sqrt{\quad}\)3・0・cos0=1
f(2π/3)=e-\(\sqrt{\quad}\)3(2π/3)・cos(2π/3)
       =(-1/2)e-2\(\sqrt{\quad}\)3π/3
       ≒-0.013
f(5π/3)=e-\(\sqrt{\quad}\)3(5π/3)・cos(5π/3)
       =(1/2)e-5\(\sqrt{\quad}\)3π/3
       ≒0.000058
f(2π)=e-\(\sqrt{\quad}\)3(2π)・cos(2π)
     =e-2\(\sqrt{\quad}\)3π
     ≒0.000019
増減表
x | 0|………|2π/3|………|5π/3|………| 2π |
──────────────────────────────
y′|  | - | 0 | + | 0 | - |    |
──────────────────────────────
y | 1| 減少| ※1| 増加| ※2| 減少|e-2\(\sqrt{\quad}\)3π
※1=(-1/2)e-2\(\sqrt{\quad}\)3π/3
※2=(1/2)e-5\(\sqrt{\quad}\)3π/3


したがって、
0<x<2πの範囲で、kの値によって解の個数が決まる。
{1≦kのとき、解の個数0個
{(1/2)e-5\(\sqrt{\quad}\)3π/3<k<1のとき、1個
{k=(1/2)e-5\(\sqrt{\quad}\)3π/3のとき、2個
{e-2\(\sqrt{\quad}\)3π<k<(1/2)e-5\(\sqrt{\quad}\)3π/3のとき、3個
{(-1/2)e-2\(\sqrt{\quad}\)3π/3<k≦e-2\(\sqrt{\quad}\)3πのとき、2個
{k=(-1/2)e-2\(\sqrt{\quad}\)3π/3のとき、1個
{k<(-1/2)e-2\(\sqrt{\quad}\)3π/3のとき、0個 ……(答)