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④の式にkの等号成立の値を入れてみてください。③の式と被らないことがわかります。
なので存在しないためには等号があっても成り立ちますよね
解き方としては
③④の式がかぶるギリギリが条件を満たしているのか考えること
がイコールをつける自然な流れですね
わからなかったら聞いてくださいね
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