Mathematics
มัธยมปลาย
เคลียร์แล้ว

(2)が分からないので教えて頂きたいです。なぜ最小値を求める時に接線を通る時が優先されるのですか?端点を通る場合の方が小さいという可能性はないのでしょうか?教えて頂きたいです。

■ x, y が x2≦y ≦1のとき次式の最小値を求めよ. (1)x +y (2)4x+y 《解答》 不等式を xy 平面に図示すると右図の通り。 (1) x+y=k ⇔ y = -x+k ① ya とおいてこの領域と共有点をもつようなkの最小値を求 める. そこで y = x2 の接線の傾きが-1 (=①の傾き) になる接点を求めると,y' = 2x = -1より(-/12/14) 2 X −1 0 この点は領域内の点だから、 ① がこの点を通るときには最小となる. よって kの最小値は-123+1/2=-1 (2) 4 4x+y=1⇔y=-4x+10 ② とおいてこの領域と共有点をもつような1の最小値を求める.そこで y=x2の接線の傾きが4(②の傾き)になる接点を求めると, y=2x=-4より(-2, 4) この点は領域外の点だから,②が点(-1,1) を通るときは最小となる. よって1の最小値は-4+1= -3
138-24 ①,② と y = x2 が接するときのkの値は,両者を連 立して (判別式)=0としても求まります。 しかしすぐに 接点がわからないので,領域内に接点が含まれているか どうかもわかりません。 だから上の解答では接点がわか るような微分を用いました。 本間も傾きに変数が入って いるので,接点が領域に含まれるか否かの場合分けが生 じます. 最小値をとるのは,接点が含まれるときは接点 を通るとき,含まれないときは端点を通るときとなります. VA y = x² 1 X -1 ①のが 最小のとき ②の1が最小のとき

คำตอบ

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この問題の条件(曲線が下に凸の2次関数と直線)においては、接線を通る時が優先されます。
証明は後述します。
・通常は、最大値と最小値を求める(接点と端点を求める)問題ですが、グラフの特徴や無駄な計算(端点の計算)は省略できることに気づかせるために、この問題は最小値だけを求めさせていると思われます。
・このことに気づけば、解答処理短縮になりますし、計算ミスで接点の方が最小にしてしまうことも防げます。
・ただし、2次関数でも上に凸であったり、3次関数(4次関数など)と直線、曲線と曲線など、色々なケースを考えると、接線と端点の両方を調べておく(注意しておく)と、間違いないです。

■証明(計算で示すと)
y=x²において、x+yの最小を求めるには、x+y=kとおいて、kの動く範囲を求めればよい。

y=-x+k、y=x²の交点(または接点)が存在するには、-x+k=x²を満たす実数xが存在するようにk(範囲)定めることになる。
x²+x-k=0…判別式D=1+4k≧0⇒k≧-1/4であることが分かり、kの最小値は-1/4、このときxは重解であり、接点を意味している。
このこと(xの範囲に接点(重解)がある=kの最小)から、接線(接点)が優先されています。

計算で示すと以上のようになります(説明いまいちですが。)

■グラフイメージで説明
3次関数(4次関数など)では、うまくいかないことは想像できると思いますが、
下に凸の2次関数と直線の場合は、接線が最小になります(うまくいきます)。
これは証明・説明になっていません🙇(2次関数は計算で示せます。。。)
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問題慣れてしている人は、グラフと計算をイメージできると思いますが、理解した上で、無理せずに、接点と端点を求めておくのが無難だと思います。
■結論(私の意見):意地悪な問題もあるので、「端点は大丈夫かな?」と思って、紙の隅に計算して確かめておくのがよいです。
余計にモヤモヤになってしまったら申し訳ありません。

みみ

3次関数や4次関数の時も接点があれば接点が最小ということですか?

GDO

違います。
「2次関数で下に凸、直線との接線だから」です。
3次、4次関数では、候補ではありますが、接線が最小になるかどうかわりません。

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