数学
高校生
解決済み

⑴の(iii)の別解なのですが、三次関数とかでもないのにどうして増減表を使って求められるのかわかりません。あと単調増加に極値はあるものなのですか。よろしくお願いします🙇

4 次の問題について,しずかさん、れいさん,ゆうだいさんの3人が議論をしている。 問題ある学校の文化祭では、 縦8mの垂れ幕が垂直な壁にかかっていて, 垂れ幕の下端があ る人の目の高さより2m上方の位置にある。この人が壁から何m離れて見ると, この垂れ幕 の上端と下端を見込む角が最大となるか。 しずか 右図のように、 直線 l を壁として, 点Aを垂れ幕の上 端, 点Bを垂れ幕の下端, 点Dを垂れ幕を見ている人 の目の位置とした。 この垂れ幕の上端と下端を見込む角 ∠ADB の大きさを0とおいて, 0が最大となるときの 点Dの位置を求めればよい。 ・れい 0が最大となるときの点Dの位置を求めたいから,点D から直線 l に垂線 DC を下ろし、 線分 DC の長さを xm とする。そして, 三角比を使って式を作ればよい。 ゆうだい D l A 18m B 12m 角度の問題だから, 2点A, B を通り半直線 CD に接する円をかいて, 円周角の定理あるいは 円周角の定理の逆を使えばよい。 このとき、次の問いに答えよ。 (1) 図とれいさんの考えを使って問題を解くとき、次の小問に答えよ。 (i) ∠ADC= α, ∠BDC = β として, tan0 を tana, tan β を用いて表せ。 (ii) tan 0 を x を用いて表せ。 (iii) 0 が最大となるときの, tan0 と xの値をそれぞれ求めよ。 (2) 図とゆうだいさんの考えを使って問題を解くとき,この人がこの垂れ幕の上端と下端を見込 む角が最大となる位置は, ゆうだいさんのかいた円と半直線 CD との接点になることを示せ。
(i) 解答 2021年度 数学 <解答> 123 ∠ADC-∠BDC= ∠ADB より α-β=0だか tan=tan(α-β)=- tana-tanβ 1 +tanotanβ 10 (ii) tang=- tanẞ= 2 x x だから,(i)より 4.43* x 102 x tan0= 8x = 10 2 1+ x2+20 x x π (0<< より, tanは単調増加するから, 0が最大となるとき, tan が最大となる。 (i)より tan0= 8 20 x+ x -が最小となるとき, tanが最大となる。 20 x+ x 20 x>0, 'A 虫の食 ① 83 AX 0,x>0 だから,相加平均・相乗平均の関係より 20 20 +2/221/x =4√5 x 20 等号成立は,x= のとき XC つまり、x=2√5のときである。 よって, 0が最大となるときの tand, xの値はそれぞれ TASUN 2√√5 tan0= x=2√5 ・( 5' (10) 別解 0<<より,tanQ は単調増加するから, 0が最大となるとき, tan0 が最大となる。よって, tan の最大値とそのときのxの値を求める。 8x f(x)= (x>0) とおく。 x2+20 大会> f(x) = 8(x²+20)-8x+2x_-8(x²-20) f'(x)== = (x+20)(x+20)全耐筒小大(軼平楽勝 -8(x+2√5)(x-2√5) (x2+20)2
1242021年度 x>0より、f'(x)=0となるのはx=2√5の ときである。よって,増減表は右のようにな Bart-one) る。 f(2/5)=2v5 5 1) x 0 f'(x) f(x) + 2√5 -前期 0 f(2√5) 2√5 5 をとる。ゆ したがって,f(x) (=tan) はx=2√5のとき最大値- 0が最大となるときの tand, xの値はそれぞれ 2√5 tang= 5 x=2√5 (2)円と半直線 CD との接点をE, 半直線 CD 上の任意の点を D' として,∠AEB≧∠AD'B が成り立つことを示せばよい。 A 大 (ア)点D'と点Eが一致しないとき OS 線分AD' と円との交点をF とすると,円周 角の定理より F & Onst D' E ∠AFB= ∠AEB ....① 口 三角形の外角は,それと隣り合わない2つの内角の和に等しいから ∠AFB= ∠AD'B + ∠FBD' ①②より ・② OS X OS ∠AEB= ∠AD'B + <FBD'> ∠AD'B よって ∠AEB> ∠AD'B (イ)点D' と点Eが一致するとき ∠AEB= ∠AD'B Music C as avs=x (ア)(イ)より,∠AEB≧∠AD'B となり、題意は示された。 解説 <仰角の最大値,正接の加法定理、円周角の定理> 思考力が問われる問題であるが,丁寧な誘導がある。 <-00 (証明終) S+ (1) 正接の加法定理により, 仰角の正接をとり、 その最大値を相加平均・ 相乗平均の大小関係を用いて求める。 また, [別解] のように tanをx の関数として,その増減を調べて求めてもよい。 ナエ)8- "(0s+x)

回答

✨ ベストアンサー ✨

> 三次関数とかでもないのにどうして増減表を使って求められるのかわかりません。

n次関数でないと増減表を使えないわけではありませんが…
f'の正負がわかれば増減表はつくれます
それによりfの増減がわかります

> 単調増加に極値はあるものなのですか。

単調増加する関数に極値はありません
なお、ここではtanθは増加関数ですが、
極値どうこう言っているのはf(x)の話です
話題にしている関数が別物です

😊

ご回答ありがとうございます。二つとも、もう少し詳しく教えていただけませんか。なんとなくではわかるのですが、腑に落ちきれていない気がして…すみません。

そのような抽象的な質問では、これ以上答えようがありません…

この質問は何か微妙で難しい話ではなく、
「3次関数(など)は増減表を使って求められる」とか
「単調増加関数に極値はあるのか」とか、
認識があやふやであるところから来ているようなので、
正しい認識をしてもらえれば終わると思います

そして、それは上で述べた通りなので、
「もっと詳しく」とかではなく、
述べたことに照らして、具体的に質問してほしいです

あなたがどう考えていて、
しかしここにはこう書かれていて、そこがどう矛盾して
理解が妨げられている、ということが明確にされないと
どうにもしようがないのです

😊

そうですよね。ありがとうございます。本当にそのとおりだと思います。一つだけ確認したいところがあるので教えていただきたいです。tanθに極値がなくてf(x)には極値があるというところがわかりません。tanθ自体はグラフをイメージすればわかるのですが…二つの関数が=で結ばれたら極値を持つのですか。同じではない、別物というのはどういうことなのですか。また抽象的でわからないところがありましたらご指摘いただきたいです。

😊

立て続けですみません。f(x)のグラフがイメージできないのですが何次式のグラフになるのでしょうか。よろしくお願いします。

しっかり補足してくださいました
お疲れさまでした

2つの関数はイコールで結ばれていますが、変数が違います

xが変わればθが変わり、tanθも変わります
左辺tanθはθが大きくなるにつれて大きくなる、単調増加です

一方で、左辺tanθをxの関数とみると、
xの増加によって増加も減少もします
ここに矛盾はありません

y=○xⁿ+○xⁿ⁻¹+……みたいな、y=(n次式)の形のものを
多項式関数とかいいます
1次関数とか2次関数とかです

今回の8x/(x²+20)のような関数は、分母に変数がある
というか、分母も分子もxの多項式である、分数関数です
多項式関数とは別物で、「何次式」とか表現しません

分数関数は多項式関数と違ってグラフが難しく、
すぐにイメージできません
だからこそ、微分して増減表をつくっています
模範解答ではグラフは描いていませんが
(今回の答えを出すにはグラフは不要だから)、
増減表がつくれればグラフは描けます
グラフを描きたければ、微分して増減表をかいてください

😊

ありがとうございます!二つ目の質問はとても納得できました。一つ目ですが、tanθの値があってそのグラフの点をxという関数で一つ一つ違うプロットの仕方で表現しているということですか?もしこの解釈が合っていたら何を意味して=で結んでいるのでしょうか。(解釈が違っていたらすみません)何度も何度も失礼しました。🙇

「tanθの値があってそのグラフの点をxという関数で
一つ一つ違うプロットの仕方で表現している」
は、すみませんが、わかりそうで全然わかりません
基本的な用語が変な使われ方をしているような感じです
それが複雑に絡み合っているので、訂正ができません

tanθがxの関数で表せたので、
xの値を1つ決めればtanθの値が1つ決まります

θが最大⇔tanθが最大、であり
tanθ=f(x)なのだから、f(x)が最大のとき
tanθが最大でありθが最大です

😊

私はグラフでずっと考えていました。関数とグラフをごちゃごちゃにしてしまっていました。グラフで考えるとxを決めればf(x)が決まりそれを=でtanθと結ぶから横軸が違って縦軸は同じということで合ってますか。

まあ、そうですかね
(分数関数のグラフは正しくはこうですが)

😊

本当にありがとうございました!やっとわかりました。全然難しくないことでしたよね。大変失礼しました。ありがとうございました。

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