方針
導関数を と因数分解し、臨界点の方程式を に直す。 で が単調増加し、値域が であることを示せば、臨界点の個数が分かる。最後に、その臨界点では となることを確認し、極小値の個数に直す。
解答
で を微分するとである。したがって は と同値である。
ここで とおく。微分するとである。 では が成り立つので である。よって は単調増加する。
また、 を1に近づけると は に近いので である。さらに では である。したがって の値域は である。
ゆえに の解は、 のときただ1つ存在し、 のとき存在しない。
最後に、 のときの臨界点が極小を与えることを確認する。臨界点では であり、である。したがって、その臨界点は極小点であり、極小値は1個生じる。
よって における極小値の個数はである。
臨界点を決める単調関数
別解
解法2
方針
と分解し、 の値域を調べて符号変化を直接読む。これにより極小判定を二階微分なしでも行う。
解答
でと置くとさらにしたがって値域は である。
なら常に なので 、極小値は0個。 なら はただ1解をもち、その前で 、後で となる。よって極小値は1個である。
総評
難度は10段階中7、計算量は10段階中5。目安時間は22分。採点ポイントは、 を の形にすること、 を で示すこと、臨界点の存在だけでなく により極小であることを確認することである。誤りやすいのは、 のとき に解があると考えてしまうこと、また極小「値」の個数を極小点の存在判定と分けずに扱うことである。