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東北大学 1997年度 前期日程 第2次学力試験文系数学 第1問

2次方程式x2+ax+b=0が2つの解をもち,
かつその差が1であるとする.

(1) baで表せ.

(2) 2次関数y=x2+ax+bのグラフが,
領域2x+y<0を通らないようなaの範囲を求めよ.

難易度5/ 10計算量4/ 10目安15

方程式・不等式関数 判別式必要十分条件、範囲評価

方針

2解をα,βとおき、解と係数の関係および(αβ)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+y0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 (αβ)2=1 である。一方、(αβ)2=(α+β)24αβ=a24b なので a24b=1 を得る。したがって b=a214 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+b0 が成り立つことである。すなわち x2+(a+2)x+b0 が常に成り立てばよい。

(1) の結果を代入すると x2+(a+2)x+a2140 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)24a2140 である。整理すると a2+4a+4a2+10,4a+50 となるから a54 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a24b=1.したがってb=a214.(2)

放物線上ではy+2x=x2+(a+2)x+a214=(x+a+22)24a+54.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4a+540.よってa54.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+50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。