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京都大学 前期 1967年 解答解説 このページの閲覧数
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京都大学 前期 1967年 第1問 (解答解説)

📝 問題
  1. についての方程式 は 3実根をもつことを証明せよ.

  2. 上の方程式の正の根はただ1つで, 1ととの間にあることを証明せよ.

✏️ 解答解説

【解答】

(1)

与えられた方程式

について考える. は解でないから両辺で割って

である.ここで

とおいた.一階微分は

となってつまり は の各区間で単調減少である.不連続点と無限遠での極限値は

複号同順

だから,の増減表とグラフは下図のようになる. (式1)の解はとの交点に対応するから,いかなるに対しても交点すなわち解はつある.よって題意は示された.

表 1: の増減表

$y = f(x)$ と直線 $y = k$ の交点(実根が3個存在する様子)

図 1: と直線 の交点(実根が3個存在する様子)

(2)

$k=-x(x-3)(x+3)/(3(x^2-1))$ のグラフ

図 2: のグラフ

(1)のグラフより,の正の解はに限られる. また,の区間ではは単調減少である. 具体的にでの値を評価すると(式3)より

だから,との大きさを比較すると

より, となる.一方で

だから,では, ではとなり,の単調性と合わせてこの区間

にただ一つの正の解を持つ.

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