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名古屋大学/2021年度

名古屋大学 2021年 数学 第2問解答・解説

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1問題

名古屋大学2021年度第2問

4つの実数を α = log_2 3,β = log_3 5,γ = log_5 2,δ = 3/2 とおく。以下の問に答えよ。

(1) αβγ = 1 を示せ。

(2) α,β,γ,δ を小さい順に並べよ。

(3) p = α + β + γ,q = 1/α + 1/β + 1/γ とし,f(x) = x^3 + px^2 + qx + 1 とする。このとき f(-1/2),f(-1) および f(-3/2) の正負を判定せよ。

まずは自分で解いてみましょう。詰まったら「考え方」、解けたら「答え」で確かめられます。

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • (1)αβγ=1(1) αβγ=1。(2)γ<β<δ<α(2) γ<β<δ<α。(3)f(−1/2)<0(3) f(-1/2)<0、f(−1)<0f(-1)<0、f(−3/2)>0f(-3/2)>0。

3解答

解答を見る途中式つきの解答

(1) 底の変換公式より αβγ=log⁡3log⁡2log⁡5log⁡3log⁡2log⁡5=1.\displaystyle \alpha\beta\gamma=\frac{\log3}{\log2}\frac{\log5}{\log3}\frac{\log2}{\log5}=\boxed{1}. (2) 2<52<\sqrt5、3<53<5、52<335^2<3^3、32>233^2>2^3 より、それぞれ γ<12<1<β<32<α.\displaystyle \gamma<\frac12<1<\beta<\frac32<\alpha. 従って γ<β<δ<α\boxed{\gamma<\beta<\delta<\alpha}。 (3) (1)より 1/α=βγ1/\alpha=\beta\gamma などが成り立つので q=αβ+βγ+γα,f(x)=(x+α)(x+β)(x+γ).q=\alpha\beta+\beta\gamma+\gamma\alpha,\qquad f(x)=(x+\alpha)(x+\beta)(x+\gamma). (2)の大小関係を用いて3因子の符号を調べると xx+αx+βx+γf(x)−1/2++−−−1++−−−3/2+−−+\begin{array}{c|ccc|c} x&x+\alpha&x+\beta&x+\gamma&f(x)\\\hline -1/2&+&+&-&-\\ -1&+&+&-&-\\ -3/2&+&-&-&+ \end{array} 従って f(−1/2)<0, f(−1)<0, f(−3/2)>0\boxed{f(-1/2)<0,\ f(-1)<0,\ f(-3/2)>0}。

この問題で使う考え方

  • 底の変換
  • 整数べきの大小比較
  • 因数分解と符号判定

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