方針
2解をα,βとおき、解と係数の関係および(α−β)2を判別式で表す。(2)では「グラフが領域2x+y<0を通らない」を、グラフ上の任意の点で2x+y≧0が成り立つ条件に言い換える。最後は1変数2次式が常に非負となる条件を判別式、または最小値で判定する。
解答
(1)
2つの解をα,βとする。解と係数の関係より α+β=−a,αβ=b である。また、2つの解の差が1であるから (α−β)2=1 である。一方、(α−β)2=(α+β)2−4αβ=a2−4b なので a2−4b=1 を得る。したがって b=4a2−1 である。
(2)
放物線上の点はy=x2+ax+bである。グラフが領域2x+y<0を通らない条件は、すべての実数xについて 2x+x2+ax+b≧0 が成り立つことである。すなわち x2+(a+2)x+b≧0 が常に成り立てばよい。
(1) の結果を代入すると x2+(a+2)x+4a2−1≧0 をすべての実数xで満たす条件を求めればよい。この2次式の先頭係数は正なので、判別式が0以下であることが必要十分である。よって (a+2)2−4⋅4a2−1≦0 である。整理すると a2+4a+4−a2+1≦0,4a+5≦0 となるから a≦−45 である。
別解
解法2
方針
解の差の2乗は判別式そのものなので、(1)を直ちに処理する。(2)は放物線上で y+2x を平方完成し、その最小値が0以上となる条件を読む。
解答
(1)
2解の差の絶対値は、判別式の平方根に等しい。差が1だからa2−4b=1.したがってb=4a2−1.(2)
放物線上ではy+2x=x2+(a+2)x+4a2−1=(x+2a+2)2−44a+5.グラフが開領域 y+2x<0 を通らないための必要十分条件は、この式の最小値が0以上であることだから−44a+5≧0.よってa≦−45.等号のときは境界直線に接するだけなので含まれる。
総評
難度5、計算量4。目安時間は15分。前半は「解の差」と判別式の関係、後半は領域条件を2次式の非負条件へ読み替える力を問う問題である。領域を「通らない」は境界に接する場合を含むため、最後の条件は4a+5≦0でよい。判別式と平方完成のどちらでも処理できる。
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出典: 東北大学 1997年度 前期 文系 第1問。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。