3次関数のグラフ   関連問題


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3次関数: () ・・・・�@ のグラフを調べます。を微分すると、
とすると、 ・・・�A
この
2次方程式の判別式:として(2次方程式の一般論を参照)、
(i) の場合は、�Aは、相異なる2実数解α,β()を持ちます。
 ・・・�B
増減表は、以下のようになります。
x α β 
+0−0+

グラフは右図黒線(i)のようになります。
は、のとき極大値,のとき極小値をとります。
(ii) の場合は、�Aは、重解αを持ちます。
これより、は単調増加で、グラフは右図赤線(ii)のようになります。において、でのグラフの接線の傾きは0になり、接線はx軸に平行になります。
(iii) の場合は、�Aは、実数解を持ちません。
は単調増加で、の接線の傾きは常に正で、グラフは右図青線(iii)のようになります。

(i)の場合に、�Bを積分すると、
 (C:積分定数)
ここで、3次方程式を考えると、
で極大になるので、当然が重解になります。もう1つの解をγとすると、3次方程式の解と係数の関係より、
 ∴
同様に、3次方程式を考えると、で極小になるので、が重解になり、もう1つの解をδとすると、 ∴
また�Bを微分して、
とすると、,これは、2次関数の軸の位置ですが、曲線は、変曲点を持ちます。
2次関数のグラフは軸に関して線対称ですが、このために、3次関数のグラフは変曲点に関して対称になります。つまり、のとき、
より、
∴
 ・・・�C
また、極小値と同じ関数値となる位置 (),極大値の位置,変曲点位置,極小値の位置,極大値と同じ関数値となる位置について、それぞれの差を調べると、
,,,
となり、すべて等しく、δ,α,,β,γは等間隔に並んでいることがわかります。これらを図示すると、右図のようになっています。

また、�Cを用いると、極大値と極小値の和を求めよ、というときには、極大値の位置と極小値の位置は、変曲点の位置に関して対称なところにあるので、極大値と極小値の和を、変曲点における関数値の
2倍として求めることができます。


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