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徳島大学/2011年度/前期

徳島大学 2011年 数学 第2問解答・解説

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1問題

徳島大学2011年度第2問

不等式 ∣x+2y∣+∣2x−y∣≦1|x+2y|+|2x-y|\leq 1 の表す領域を DD とする。このとき,次の問いに答えよ。   (1) 領域 DD を図示せよ。   (2) 領域 DD における x−yx-y の最大値および最小値を求めよ。   (3) 領域 DD における ∣x∣−∣y∣|x|-|y| の最大値および最小値を求めよ。

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解答

解答を見る答えはこの解答の中にあります

u=x+2y,v=2x−yu=x+2y, v=2x-y と置くと条件は ∣u∣+∣v∣≦1|u|+|v|\le1 となり、頂点がすぐ分かります。逆変換して元の xyxy 平面に戻すと、頂点を順に結んだ正方形が求める領域です。

x−yx-y は u,vu,v の一次式なので三角不等式で上下を評価できます。∣x∣−∣y∣|x|-|y| は象限ごとに一次式です。各象限に切った領域の頂点(四隅と座標軸との交点)を比べれば最大・最小が得られます。

表題「D: |x+2y|+|2x−y|≦1」の下に、x軸・y軸と1/3刻みの格子(目盛は−2/3〜2/3)があり、領域Dは青い太線で囲まれた淡青の正方形である。頂点の青丸には、右上にA(1/5, 2/5)とx−y=−1/5、右下にB(2/5, −1/5)とx−y=3/5、左下にC(−1/5, −2/5)とx−y=1/5、左上にD(−2/5, 1/5)とx−y=−3/5の引出しラベルが付く。座標軸との4交点は橙色の菱形で、x軸上の(±1/3, 0)には|x|−|y|=1/3、y軸上の(0, ±1/3)には|x|−|y|=−1/3と記されている。下の凡例は「境界と頂点(x−y の値)」「座標軸との交点(|x|−|y| の値)」。

この問題で使う考え方

  • 一次変換による領域表示
  • 線形関数の評価
  • 象限ごとの折れ線関数の頂点確認

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