東大理系数学'20年前期[1]
a,b,c,pを実数とする。不等式
をすべて満たす実数xの集合と、
を満たす実数xの集合が一致しているとする。
(1) a,b,cはすべて0以上であることを示せ。
(2) a,b,cのうち少なくとも1個は0であることを示せ。
(3)
であることを示せ。
【広告】ここから広告です。ご覧の皆さまのご支援ご理解を賜りたく、よろしくお願いいたします。
【広告】広告はここまでです。
解答 問題文に、「すべて0以上」、「少なくとも1個」というような言葉が出てくるので、背理法で証明します(証明の技巧を参照)。解答を書きやすくするために集合を用いて、
,
,
,
,
とします。また、方程式
の判別式:
,解を
,
(ともに実数のときには
とする),方程式
の判別式:
,解を
,
(ともに実数のときには
とする),方程式
の判別式:
,解を
,
(ともに実数のときには
とする)とします。
条件:
を(*)とします。
(1) a,b,cのうちどれか一つ、例えばa (b,cでも同様です)が
だと仮定します(
のグラフは右図のような上に凸な放物線。2次方程式の一般論を参照)。
のとき、
かつ
となるqについて、
,
となるので、
とはなり得ず、(*)は成立しません。
なので、
とはなり得ず、(*)は成立しません。以上より、a,b,cのうちどれか一つが負だと仮定すると(*)が成立せず、仮定は誤りで、a,b,cはすべて0以上です。
(2) (1)を考慮して、a,b,cがすべて正だと仮定します(
のグラフは右図のような下に凸な放物線。2次方程式の一般論を参照)。
のとき、
・・・①
のとき、
・・・②
のとき、
・・・③
のとき、
・・・④
のとき、
・・・⑤
のとき、
・・・⑥
,
,
の中に実数があれば(①または③または⑤のとき)、そのどれよりも小さく、かつ、
となるq,
あるいは、
,
,
の中に実数がなければ(②かつ④かつ⑥のとき)、
となるq,
について、
,
となるので、
とはなり得ず、(*)は成立しません。
よって、a,b,cがすべて正だと仮定すると(*)が成立せず、仮定は誤りで、(1)を考慮して、a,b,cのうち少なくとも1個は0です。
(3) (2)より、a,b,cのうち少なくとも1個は0なので、例えば
(
の場合、
の場合も同様です)とします。 (i)
のとき、
などより問題文の不等式は
となりますが、これは成り立たないので、
となり、
なので、
で、(*)は成立しません。
かつ
も同様です。よって、
より、
【広告】ここから広告です。ご覧の皆さまのご支援ご理解を賜りたく、よろしくお願いいたします。
【広告】広告はここまでです。
東大理系数学TOP 数学TOP TOPページに戻る
【広告】ここから広告です。ご覧の皆さまのご支援ご理解を賜りたく、よろしくお願いいたします。
【広告】広告はここまでです。
各問題の著作権は
出題大学に属します。©2005-2024(有)りるらる 苦学楽学塾 随時入会受付中!理系大学受験ネット塾苦学楽学塾(ご案内はこちら)ご入会は、
まず、こちらまでメールを
お送りください。