微分法と積分法の問題
放物線 と 軸の交点を , とする。実数 が の範囲を動くとき、放物線上の 2 点 , をとる。四角形 の面積の最大値を求めよ。
この問題で使うもの
- 3 次式までの展開と因数分解(説明と入口の問題)
- 多項式の微分(説明と入口の問題)
- 増減表と極値(説明と入口の問題)
- 区間での最大・最小(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(26 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
四角形 がどのような形かを調べ、面積を の式で表しましょう。
ヒント 2
なので台形です。上底は 、下底は 、高さは なので、面積は と表せます。
ヒント 3
を微分すると となります。 の範囲で増減表を作りましょう。
答えと解説
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解説を読む
四角形 を考える。 は 軸上にあり、 は直線 上にあるので である。よってこの四角形は台形になる。
上底は 、下底は である。 より なので、高さは である。
したがって面積 は
となる。展開すると
である。
これを微分すると
となる。 では なので、 の符号は の符号と一致する。
- のとき であり、 は増加する。
- のとき であり、 は減少する。
よって は で最大となる。その値は
である。
したがって、面積の最大値は である。
別解
四角形 は の台形である。上底は 、下底は 、高さは である。
面積は
微分すると
では なので、 の符号は の符号で決まる。 の前後で正から負に変わるため、 は で最大となる。
最大値は
検算として、、、 はいずれも より小さい。したがって最大値は で、 のときである。