質問<568>
「「微分係数 方程式」」
日付 2001/7/13
質問者 yoshi


問1

関数f(x)を次のように定義する。f(x)=sin\(\frac{x}{x}\)(x≠0)、f(x)=1(x=0)
このとき、f(x)のx=0における微分係数f ’(0)の値を求めよ。

問2

方程式 xのa乗=aのx乗…① の正の解は、方程式log\(\frac{x}{x}\)=log\(\frac{a}{a}\)…②
の正の解と一致することを利用して、①の正の解の個数を調べ、正数aの
値によって分類して答えよ。
答えは
(a=(0)のとき、正の解の個数は0個)、(0<a≦1,a=eのとき、正の解の
個数は1個),(1<a<e,e<aのとき、正の解の個数は2個)となるようなので
すが、お願いします。

お返事(武田)
日付 2001/7/28
回答者 武田


未解決問題に移しました。
すぐにd3さんからアドバイスをいただき、解決しました。
感謝!

お便り
日付 2001/7/29
回答者 d3


問1
x≠0で,x→0のとき,f(x)→1=f(0)から,x=0で連続です.
{f(x)-f(0)}/(x-0)=(sin\(\frac{x}{x}\)-1)/x=(sinx-x)/\(x^{2}\)
ここでx>0でg(x)=\(x^{3}\)+6(sinx-x)を考えます.
g’(x)=3\(x^{2}\)+6(cosx-1)
g’’(x)=6x-6sinx
g’’’(x)=6-6cosx≧0
g’’(x)≧g’’(0)=0
g’(x)≧g’(0)=0
g(x)≧g(0)=0
g(x)は奇関数ですので,x≠0で
│sinx-x│≦│\(x^{3}\)│
│(sinx-x)/\(x^{2}\)│≦│x│
x→0のとき,│x│→0なので,
{f(x)-f(0)}/(x-0)→0
微分係数は存在して,f ’(0)=0となります.

問2
方程式 xのa乗=aのx乗…① の正の解は、方程式log\(\frac{x}{x}\)=log\(\frac{a}{a}\)…②
の正の解と一致することを利用して、①の正の解の個数を調べ、正数aの
値によって分類して答えよ。
答えは
(a=(0)のとき、正の解の個数は0個)、(0<a≦1,a=eのとき、正の解の
個数は1個),(1<a<e,e<aのとき、正の解の個数は2個)となるようなので
すが、お願いします。
①から②は,①の両辺の対数をとれば出てくるのでいいでしょう
f(x)=log\(\frac{x}{x}\)(0<x)とおきます.
f’(x)=(1-logx)/\(x^{2}\)
したがって,x=eで極大をとります.
また,x<eで増加,e<xで減少です.
さらに,x→+0のとき,f(x)→-∞で,
    x→∞のとき,f(x)→+0です.
(この後半の極限は,
 4<xで,g(x)=\(\sqrt{\quad}\)x-logxを考えると,
 g’(x)=(\(\sqrt{\quad}\)x-2)/2x>0から,
0<log\(\frac{x}{x}\)<1/\(\sqrt{\quad}\)x で,
 ハサミウチの原理からわかります)
方程式log\(\frac{x}{x}\)=log\(\frac{a}{a}\) は,f(x)=f(a)なので,
(グラフをかいて示せば,)
0<a≦1,a=eのとき、正の解の個数は1個
1<a<e,e<aのとき、正の解の個数は2個
となります.