中学までの二次関数y=ax²は、比較的解けたのに、高校になってから難しくなった方に向けての内容です。
ここでは、特に間違いやすい最大・最小についてまとめています。
解き方のコツは以下の二点!
(1)例題
(例題作成中)
(2)例題の答案
(答案作成中)
(3)解法のポイント
軸や範囲に文字が含まれていて、二次関数の最大・最小を同時に考える問題です。最大値と最小値の差を問われることが多いです。
最大値だけ、あるいは最小値だけを問われるよりも、場合分けが複雑になります。
ただ、基本は変わらないので、
①定義域
②定義域の中央
③軸
この3つ線を縦に引くことを考えましょう(範囲は両端があるので、線の本数は4本になることがある)
その上で場合分けを考えるわけですが、もし最大値と最小値を同時に考えるのが難しければ、それぞれ別に求めてから後で合わせるといったやり方でもOKです。
もし、最大値と最小値をまとめて求めるための場合分けをするとすれば、以下のようになります。
ⅰ)軸が範囲より左、ⅱ)軸が範囲の中で範囲の真ん中より左、ⅲ)軸が範囲の真ん中の線と一致、ⅳ)軸が範囲の中にあり範囲の真ん中より右、ⅴ)軸が範囲より右
の5つの場合分けをすることになります。
(4)理解すべきコア(リンク先に動画があります)
二次関数の最大と最小を考えるときに引くべき3つの線を理解しましょう(場合分けについても解説しています)→ 二次関数の最大と最小を考えるときに引くべき3つの線
【例題(軸変化バージョン)】
aを定数とする. 0≦x≦2における関数f(x)=x^2-2ax-4aについて
(1)最大値を求めよ (2)最小値を求めよ
まずこの手の問題は平方完成しておきます.f(x)=(x-a)^2-a^2-4aですね. ここから軸はx=aであると読み取れます. この式から,文字aの値が変わると必然的に軸が変わってしまうことがわかると思います.そうすると都合が悪いですから解くときは場合分けが必要になってきます. (1) 最大値
ではどこで場合分けをするかという話ですが,(ここから先はお手元の紙か何かに書いてもらうとわかりやすいです)(1)の場合は最大値が変わるときに場合分けをする必要がありますよね.ここで重要なのは定義域の真ん中の値を確認することです.今回は1です. 二次関数 最大値 最小値 問題. この真ん中の値は最大値を決定するときに使います.もし,グラフの軸が定義域の中央値より左にあったら,必ず最大値は定義域の右側にある点ということになります.中央値よりグラフの軸が右にあったら,必ず最大値は定義域の左側にある点になります. この問題では中央値がx=1ですから,a<1のとき,x=2で最大となります.同様にa>1のとき,x=0で最大になります. 注意が必要なのは軸がぴったり定義域の中央値に重なった時です.このときはx=0および2で最大値が等しくなりますから別で場合分けをする必要があります. ここまでをまとめて解答を書くと,
【解答】
f(x)=(x-a)^2-a^2-4a [平方完成]
y=f(x)としたときこのグラフは下に凸で,軸はx=a [前述したxの2乗の係数がマイナスの時は最大値の時の話と最小値の時の話がまるっきりひっくり返るというものを確認する必要がある,というものです.] 定義域の中央値はx=1である. [1]a<1のとき
x=2で最大となるから,f(2)=-8a+4 ゆえに x=2で最大値-8a+4
[2]a>1のとき
x=0で最大となるから,f(0)=-4a ゆえに x=0で最大値-4a
[3]a=1のとき
x=0, 2で最大となるから,f(0)=-4a にa=1を代入して-4 [わかっている数値はすべて代入しましょう.この場合,a=1と宣言したので]
ゆえに x=0, 2で最大値-4
以上から,
a<1のとき,x=2で最大値-8a+4
a>1のとき,x=0で最大値-4a
a=1のとき,x=0, 2で最大値-4
採点のポイントは,①場合分けの数値,②aの範囲,③xの値,④最大値の値です.