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東北大学 2008年度 後期日程 第2次学力試験理系(後期)数学 第3問

以下の問いに答えよ.

(1) x0のときloge(1+x)xを示せ.ただし,eは自然対数の底とする.

(2) log102401log102400<12400を示せ.

(3) log107の値を,小数第4位を切り捨て小数第3位まで求めよ.
ただし,log102=0.3010log103=0.4771として解答せよ.

難易度4/ 10計算量4/ 10目安18

指数・対数方程式・不等式 不等式評価、範囲評価

方針

(1)xloge(1+x) の増減で示す。(2)は対数の差を log10(2401/2400) にまとめ,底を e に変えて(1)を使う。(3)では 2401=742400=233102 から 4log107 を狭い範囲にはさみ,小数第4位を切り捨てても第3位が変わらないことを確認する。

解答

(1) g(x)=xloge(1+x) とおく。x0 では g(x)=111+x=x1+x0 である。また g(0)=0loge1=0 である。したがって x0g(x)0 となり,loge(1+x)x が示された。

(2) log102401log102400=log10(1+12400) である。底を e に変えるとlog10(1+12400)=loge(1+1/2400)loge10である。

(1) より loge(1+12400)12400 である。また e<10 なので loge10>1 である。したがって log102401log102400<12400 である。

(3) 2401=74 であり,また 2400=24100=233102 である。したがって log102400=3log102+log103+2 であり,条件より log102400=30.3010+0.4771+2=3.3801 である。

(2) より log102400<log102401<log102400+12400 だから 3.3801<4log107<3.3801+12400 である。1/2400=0.000416 なので,4で割ると 0.845025<log107<0.845129 となる。この範囲の数はすべて小数第3位までが 0.845 である。よって,小数第4位を切り捨て小数第3位まで求めると log107=0.845 である。

総評

難度は10段階中4、計算量は10段階中4。試験場での目安は18分で、対数不等式を数値評価に使う問題である。採点点は、(1)で増減を用いて log(1+x)x を証明すること、(2)で底の変換後に loge10>1 を使うこと、(3)で 2401=742400=233102 を結びつけることにある。最後の範囲評価は小数第4位の切り捨てに十分な幅かどうかを明示すると安全である。

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出典: 東北大学 2008年度 後期 数学。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。