方針
とおくと、 である。指数部分は常に正なので、 で極値をもつには がそこで0になればよい。これは先頭係数が8の3次式なので と一致させ、係数比較で を求める。面積では、求めた が で負であることを増減から確認し、を計算する。
解答
(1) とおくと である。したがって である。 なので、極値をとる点では が必要である。
ここで である。 で極値をもつため、この3次式は に等しい。係数比較により である。これを解くと である。なおこのとき は で符号を変えるので、実際に極値をもつ。
(2) より である。まず で を確認する。導関数は であり、臨界点は である。端点では である。また であり、 である。したがって で であり、 である。
よって求める面積 はである。ここでである。したがってであり、 である。よって である。したがって求める面積は である。
別解
解法2(増減で符号を確定)
方針
導関数の3つの零点から係数を比較する。面積の符号は元の3次式を別に微分せず、得られた の符号と端点・極値の値から曲線全体が 軸の下にあることを示す。
解答
(1)
と置くと括弧内は先頭係数8の3次式で、零点が だから係数比較により(2)
このとき の符号は の符号に一致する。したがって では増加し、 では減少する。またよって区間全体で である。
となる3次式を係数比較で求めるとしたがって求める面積は
総評
指数関数付き多項式の極値条件と面積を扱う問題で、目安は34分。の3次因子をと確定すること、面積前にを証明することが重要である。増減を使えばを再度微分する計算を省ける。