![]() ![]() *** 科目 *** 数Ⅰ・A数Ⅱ・B数Ⅲ高卒・大学初年度 *** 単元 *** 式と証明点と直線円軌跡と領域三角関数 指数関数対数関数微分不定積分定積分 高次方程式数列漸化式と数学的帰納法 平面ベクトル空間ベクトル確率分布 ※高校数学Ⅱの「軌跡と領域」について,このサイトには次の教材があります.
この頁へGoogleやYAHOO ! などの検索から直接来てしまったので「前提となっている内容が分からない」という場合や「この頁は分かったがもっと応用問題を見たい」という場合は,他の頁を見てください. が現在地です. ↓不等式と領域:解説あり ↓同(2):問題のみ ↓連立不等式と領域 ↓領域における最大最小 ![]() ↓領域における最大最小(入試問題) ↓軌跡の方程式:動点1個 ↓軌跡の方程式:動点2個 軌跡の方程式:媒介変数表示 |
○ 図1のように,連立不等式 x≧0 , y≧0 , y≦−x+2 で表わされる三角形の領域において,y−x の取りうる値の範囲を求めたいものとする.
図1
○ y−x のままでは,単なる「式」で x も y も変るので分かりにくい.![]() これを,y−x=k すなわち y=x+k とおくと「方程式」になり「直線」を表わす. このように,求めたい式の値を … =k とおき,k の取り得る値の範囲を考えると「図形」に対応させて考えることができる. ■ 1つの直線上では k の値は同じ ○ 例えば,図1のAの直線の方程式は y=x+1 で,k=1 になっている. この直線の方程式が y=x+1 だということは,この直線上のどの点でも y=x+1 すなわち y−x=1 が成り立つことを表わしている. x=−1, y=0 の点では,0−(−1)=1○ 図1のBの直線の方程式は y=x+2 で,この直線上のどの点でも y−x の値は 2 になる. x=0, y=2 の点では,2−0=2○ 連立不等式 x≧0 , y≧0 , y≦−x+2 で表わされる領域は,上の水色の三角形の内部及び周上であるが,この領域内における y−x の最大値と最小値を求めるには次のように考えるとよい. y−x=k すなわち y=x+k とおくと,k は直線の切片を表わすから,上に行くほど大きく,下に行くほど小さくなる. 例えば,直線Cは y=x+3 で k の値は大きいが,この直線は与えられた三角形の領域を通っていない. |
[考え方] ○与えられた領域をある直線が通っている⇔領域内でその直線の k の値がとれる. ▼与えられた領域をある直線が通っていない⇔領域内でその直線の k の値がとれない. 上の三角形の領域では, ▼k=3 の値はとれない. ○k=2 の値はとれる.(例えば点 (0, 2) において y−x=2 ) ○k=1 の値はとれる.(例えば点 (0, 1) において y−x=1 ) …… ○k=−2 の値はとれる.(例えば点 (0,−2) において y−x=−2 ) ▼k=−3 の値はとれない. このように, y=x+k とおいて k の値を変化させると,直線はエレベーターのように上下し,点 (0, 2) において最大値 2,点 (2, 0) において最小値 −2 となる. 上の問題では,ある直線 y=x+k が通っている点が1つでもあれば,その k の値は領域内でとれる値となり,通るべき点は2つも3つもいらないことに注意 実際には,最大値 k=2 となる点は (0, 2) の1点だけであり,最小値 k=−2 となる点は (2, 0) の1点だけであるが,これで十分 他方において,-2<k<2 となる点はそれぞれたくさんあるが,ある値がとれるかどうかという問題(最大値・最小値)にとっては,点が幾つあっても答は変らないので,「上の三角形の領域の内部」は最大値・最小値という問題に関係なく,三角形の周上だけで取りうる値はすべて実現されている. 一般に,求める式の形が y=x+k のように直線図形になっているときは,つねに周上で最大値・最小値をとることが知られている. |
[例題1]
x , y が,不等式 x≧0 , y≧0 , y≦−x+2 を満たすとき,2x−y の最大値と最小値を求めよ. [解答] 2x−y=k とおく y=2x+(−k) において切片は −k だから,k が大きくなると切片は小さくなる. (0 , 2) のとき最小値となり,k=0−2=−2 (2 , 0) のとき最大値となり,k=4−0=4 …(答) ※ k の値は,図から切片として求まる場合もあるが,この問題のように (x , y) の座標が先に求まる場合は,代入すれば直ちに求まる(いただき~♪と考えるべし). |
[問題1]
x , y が,不等式 y≧0 , y≦x , x+y≦2 を満たすとき,y−2x の最大値と最小値を求めよ. ![]() 図から 最大値 0 ( x=0 , y=0 のとき ) 最小値 −4 ( x= 2 , y=0 のとき )…(答) |
[例題2]
x≧0 , y≧0 , x+2y≦8 , 3x+y≦9 のとき,x+y の最大値と最小値を求めよ. (1) 領域を図示する. ![]() また,x+y=k すなわち y=−x+k とおくと,図の赤で示した直線になる. 傾きについては - 3<-1<−1/2 が成り立つから,k が最大となるのは,(0 , 4) や (3 , 0) ではなく交点 (2 , 3) になることに注意する.連立方程式 x+2y=8 , 3x+y=9 を解くと,交点は (x , y)=(2 , 3) 傾きは - 3<-1<− ![]() 最大値は 2+3=5 次に,図のように (0 , 0) において k が最小となるから,最小値は 0+0=0 最大値 5 ( x=2 , y=3 のとき ) 最小値 0 ( x=0 , y=0 のとき )…(答) |
[問題2]
x≧0 , y≧0 , 2x+y≦8 , x+3y≦9 のとき,x+2y の最大値と最小値を求めよ. ![]() ![]() ![]() 2x+y=8 , x+3y=9 の交点は,(3 , 2) 図の四角形の領域(内部及び周上)において k の値は,切片 ![]() - 2<− ![]() ![]() 原点 (0 , 0) において最小値をとる.最小値は 0 |
[例題3]
x2+y2≦5 のとき,y−2x の最大値と最小値を求めよ.
![]() y−2x=k すなわち y=2x+k とおくと,傾き 2,切片 k の直線になる. x2+y2≦5 において k の値が変化するとき,図のように円に接するとき k が最大・最小となる. y=2x+k と x2+y2=5 が接するときの k の値を求める. y を消去すると x2+(2x+k)2=5 5x2+4kx+(k2−5)=0 接するのは判別式が0となる時だから D’=(2k)2−5(k2−5)=−k2+25=0 より k=±5 2つある接点 P, Q のどちらが k=5 に対応するのかは,見れば分かる.上にある方( k の大きい方)が k=5 となる.よって,最大値は 5,最小値は - 5 …(答) この問題では,最大値・最小値が先に求まり,それを実現する x , y の値がまだ求まっていない. |
[問題3]
x2+y2≦5 , y≧0 のとき,2x+y の最大値と最小値を求めよ. ![]() 図の上半円において y=−2x+k との接点は,判別式で求められる. x2+(−2x+k)2=5 5x2−4kx+(k2 -5)=0 D’=(2k)2−5(k2 -5)=−k2+25=0 より k=5 (>0) 左下の方の接点から得られる値 k=−5 は使わないことに注意.上半円の領域には左下の接点はない.(− ![]() ![]() よって,最大値 5,最小値 −2 ![]() |
■以下の内容は,教科書と比べると難しい,参考書では普通
[例題4][ k が半径(の2乗)を表わす場合 ]
y≧0 , y≦x , 2x+y≦6 のとき,x2+y2 の最大値と最小値を求めよ. x2+y2=k とおくと,k は原点を中心とする円の半径(の2乗)を表わす. ![]() x2+y2=k とおくと,k は原点を中心とする円の半径(の2乗)を表わす. 点 (3 , 0) においては k=32+02=9 点 (2 , 2) においては k=22+22=8 円は外にふくらんでいるから(何と通俗的な解説!)これら2点の間の線分で最大となることはない.だから,点 (3 , 0) において最大値 9 をとる. また原点において最小値 k=02+02=0 をとる.…(答) |
[問題4]
y≦2 , x≦2 , x+y≧2 のとき,x2+y2 の最大値と最小値を求めよ. ![]() 点 (2 , 2) において最大値 k=22+22=8 となる. 最小値は x2+(−x+2)2=k の判別式=0 から求められるが,この図では点 (1 , 1) において最小となるのは明らか点 (1 , 1) において最小値 k=12+12=2 となる. |
[例題5][ k が半径(の2乗)を表わす場合 ]
y≧0 , x≧0 , x+y≦1 のとき,(x+1)2+y2 の最大値と最小値を求めよ. (x+1)2+y2=k とおくと,k は (−1 , 0) を中心とする円の半径(の2乗)を表わす. ![]() (x+1)2+y2=k とおくと,k は (−1 , 0) を中心とする円の半径(の2乗)を表わす. 点 (1 , 0) において最大値 k=4 点 (0 , 0) において最小値 k=1 をとる.…(答) |
[問題5]
x2+y2≦1 のとき,x2+y2−4x の最大値と最小値を求めよ. ![]() (x−2)2+y2=k+4 となるから k+4 は点 (2 , 0) を中心とする円の半径(の2乗)を表わす. 点 (−1 , 0) において k+4=9 となる. 点 (1 , 0) において k+4=1 となる. ゆえに,最大値 5,最小値 −3 |
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■[個別の頁からの質問に対する回答][領域における最大最小について/18.8.5]
いつも参考にしています。
以下 ご教授下さい
[解答] x≧0 , y≧0 , x+2y≦8 , 3x+y≦9 の領域は図の通り.
また,x+y=k すなわち y=−x+k とおくと,図の赤で示した直線になる.
傾きについては - 3<-1< - 1/3 が成り立つから,k が最大となるのは,(0 , 4) や (3 , 0)ではなく交点 (2 , 3) になることに注意する
☆質問)傾きー1/3はどこから出てくるのですか
x+2y=k すなわち y= - 12x+k2 とおく
2x+y=8 , x+3y=9 の交点は,(3 , 2)
図の四角形の領域(内部及び周上)において k の値は,切片 k2 が最大となるときに最大となる.
- 3< - 1/2< - 1/3 だから,交点 (3 , 2) において最大値をとる.最大値は 7
☆質問)傾き-3はどこから出てくるのですか?
■[個別の頁からの質問に対する回答][領域における最大最小について/17.2.9]
=>[作者]:連絡ありがとう.どの問題のことなのかを書かないと,推定で答えることになります. 初めの質問が例題2のことだとすると,-1/3は-1/2の入力ミスですので訂正しました.次の質問が問題2のHELPのことでしたら,-2に訂正しました. 例題2の傾きの範囲は
-3<k<-1/2
ではないでしょうか?
=>[作者]:連絡ありがとう.少し記述に問題がありましたので訂正しました. |
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