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No.3
- 回答日時:
xの方程式2^(2x)-a・2^(x+1)+a+2=0が異なる2つの正の解を
もつようにaの範囲を求めよ。
t=2^xと置くと、t^2=2^(2x),2t=2^(x+1)だから、上の方程式は
t^2-2at +a+2=0__(1)
となる。この方程式の根は、2次方程式の根の公式により、
t=a±√(a^2-a-2)__(2)
である。tが異なる2つの実根であるための条件は(3) である。
また、t=2^x=a±√(a^2-a-2)の解xが正、x>0、であるためには、
t>1が条件であるから、不等式(4)となる。
a^2-a-2>0__(3)
t=2^x=a-√(a^2-a-2) >1__(4)
不等式(3)を解くと
a^2-a-2=(a+1)(a-2) >0 より
a<-1またはa>2__(5)
不等式(4)は移項すると(6)となる。
a-1>√(a^2-a-2)__(6)
(6)の右辺は正であるから、左辺は正でなければならないので(7)が成り立つ。
a-1>0
a>1__(7)
(6)の両辺を二乗して不等式を解くと(8)になる。
(a-1)^2>a^2-a-2
a^2-2a+1>a^2-a-2
a<3__(8)
式(5)(7)(8)から、求める範囲は(9)となる。
2<a<3__(9)
あなたの書いた解答は、t≧0...①が間違っています。
代わりに、t>1が条件であるから、不等式(4)となる。
検算:a=2のとき、t=2,x=1となり、異なる2根にならない。a>2なら2根になる。
a=3のとき、t=3±2=5と1となり、x=0とx=log2(5)≒2.32。x=0が限界値で、条件を満たさない。a<3ならx>0になる。
範囲外の例:a=4のとき、t=4±√10=0.837と7.162となり、
t=0.837はx=log2(0.837)≒-0.077は範囲外。
範囲内の例a=2.5のとき、t=2.5±√1.75≒2.5±1.323=3.823と1.177。
x=log2(3.823)≒0.582とx=log2(1.177)≒0.071。xはプラスの2根になり、
条件を満たす。
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他の書き方を知りたかったのに…
どうぞ見直してあげてください。
2^x=tとおくと、x>0であるためにはt≧0...①である。ここで 2^(2x)=(2^x)^2=t^2, 2^(x+1)=2^x+2^1=2t だから、この方程式の左辺を f(t)とおくと、f(t):=t^2-2at+a+2 となり、これをグラフの形から図形的に検討すると、題意より、y=f(t)のグラフを書いたとき、①の範囲内で異なる2つの点でx軸と交わればよいことがわかる。ここでf(t)=(t-a)^2-a^2+a+2
よって、(i) 軸 a>0(ii)f(0)=a+2≧0(iii)頂点のy座標 -a^2+a+2<0
の3条件を満たせばよい。(i)⇒(ii)(iii)より、a^2-a-2=(a+1)(a-2)>0よって(i)よりa>2
他の書き方を知りたくて投稿しているのに残念でなりません。
どうぞ見直してあげて下さい。
2^x=tとおくと、x>0であるためにはt≧0...①である。
ここで 2^(2x)=(2^x)^2=t^2, 2^(x+1)=2^x+2^1=2t だから、この方程式の f(t)とおくと、
f(t):=t^2-2at+a+2
グラフから、
題意より、y=f(t)のグラフを書いたとき、①の範囲内で異なる2つの点でx軸と交わればよいことがわかるので
f(t)=(t-a)^2-a^2+a+2
よりグラフy=f(t)は下に凸、軸t=a, 頂点(a, -a^2+a+2)の放物線なので
(i) 軸 a>0
(ii)f(0)=a+2≧0
(iii)頂点のy座標 -a^2+a+2<0
の3条件を満たせばよい。
(i)⇒(ii)
(iii)より、a^2-a-2=(a+1)(a-2)>0よって
(i)よりa>2