■ 次数の方程式 ○ 次の答案で( ? )の箇所に入る式を右の欄から選びなさい. |
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【答案】 |
【考え方】 関数 f(x) , f ’(x) の方程式から f(x) を求める問題は,数学IIIの微分方程式で扱われるが,f(x) が多項式であることが分かっているときは,単に次数 n の方程式を解けば求められることがある. 【解き方1】
f(x) は n 次式として,両辺の次数からn を求める. |
例1 次の関係を満たす多項式 f(x) を求めよ. f(x) が定数のときは成り立たない. f(x) を n (≧1)次式とすると,左辺の項は各々n 次,n−1次だから,最高次は n 次. 右辺の次数は 2 次. ゆえに,n=2 f(x)=ax2+bx+c (a≠0)とおいて,原式に代入すると, (左辺)=ax2+(2a+b)x+(b+c) (右辺)=2x2+x−2 係数を比較すると,a=2 , b =−3 , c=1 ゆえに,f(x)=2x2−3x+1···(答) |
問題の形によっては,次数 n だけではうまくいかないことがある.このときは, 【解き方2】
f(x) の最高次の項を,axn として,a , n を求める. なお,次の関係に注意 【指数法則】
例えば,xnxn−1=x2n−1 ,(xn−1)2=x2n−2xmxn=xm+n ,(xm)n=xmn |
例2 次の関係を満たす多項式 f(x) を求めよ. f(1)=6···(2) 1) f(x) が2次以上のとき, f(x) の最高次の項を axn (a≠0)とすると, (1)より, 左辺の最高次の項は,2axn 右辺の最高次の項は,naxn これらが等しいから,na=2a → (n−2)a=0 (a≠0) ゆえに,n=2 f(x)=ax2+bx+c (a≠0)とおくと, 2ax2+2bx+2c=2ax2+(b+2)x+6 b=2 , c=3 このとき,f(x)=ax2+2x+3 が(2)を満たすためには,a=1 ゆえに,f(x)=x2+2x+3 2) f(x) が1次以下のとき,f(x)=ax+b とおくと, (1)より 左辺=2ax+2b 右辺=(a+2)x+6 a=2 , b=3 f(x)=2x+3 は(2)を満たさない. 1) 2)より,f(x)=x2+2x+3···(答) |
■埼玉県[kunkunさん/17.4.19]
次数の方程式の例2について
いつも利用させて頂いております。
他の方も質問されておりましたが、f(x)が2次以上と1次以下で場合分けする根拠がどうしても理解できていません。
例1と状況は変わらないように思うのですが。
宜しくお願い致します。
■[個別の頁からの質問に対する回答][次数の方程式について/17.1.11]
=>[作者]:連絡ありがとう. (1) まず初めに,n=0すなわち定数項の場合,f(x)=a, f '(x)=0になります.したがって,左辺2f(x)は実際には2aになり,その最高次の項が2ax0=2aというのは成り立ちます.しかし,右辺xf '(x)+2x+6は実際には2x+6になり,最高次の項が0ax0=0というのは成り立ちません. (2) n=1すなわち1次式の場合,f(x)=ax+b, f '(x)=aになります.したがって,左辺2f(x)は実際には2ax+2bになり,その最高次の項が2ax1=2aというのは成り立ちます.しかし,右辺xf '(x)+2x+6は実際にはax+2x+6になり,最高次の項が1ax1=axというのは成り立ちません. このように,xf '(x)が1次式以下になる場合には,右辺xf '(x)+2x+6の最高次の項がnaxnとは言えないことになります.(2xだけが最高次の項になる場合と,2xも最高次の項に合流する場合があるので,分けずに議論できないということです.) f(x)が定数の場合(例2ではn<=1のとき)を場合分けする説明があればありがたいです。
問題と例1ではn>=1,例2ではn>=2でやっていますが,これらをn>=0としてまとめて扱うことはなぜできないのでしょうか。
=>[作者]:連絡ありがとう.次の点に注意してください. n次式を微分したらn-1次式になるとは限らない・・・1つだけ例外があるのです.つまり無警戒に としたら間違いとなる数nが1つあるのです.左の式はn=0ならかろうじて成り立つように見えますが 簡単なことですが,定数を微分すると0になります.( |