方針
(1) は x−loge(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=74,2400=23⋅3⋅102 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)=x−loge(1+x) とおく。x≧0 では g′(x)=1−1+x1=1+xx≧0 である。また g(0)=0−loge1=0 である。したがって x≧0 で g(x)≧0 となり,loge(1+x)≦x が示された。
(2) log102401−log102400=log10(1+24001) である。底を e に変えるとlog10(1+24001)=loge10loge(1+1/2400)である。
(1) より loge(1+24001)≦24001 である。また e<10 なので loge10>1 である。したがって log102401−log102400<24001 である。
(3) 2401=74 であり,また 2400=24⋅100=23⋅3⋅102 である。したがって log102400=3log102+log103+2 であり,条件より log102400=3⋅0.3010+0.4771+2=3.3801 である。
(2) より log102400<log102401<log102400+24001 だから 3.3801<4log107<3.3801+24001 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=74 と 2400=23⋅3⋅102 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。