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東京医科大学/2019年度/一般

東京医科大学 2019年 数学 第4問解答・解説

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1問題

東京医科大学2019年度第4問

実数全体を定義域とする関数 f(x)f(x) と g(x)g(x) と h(x)h(x) に対して,関数 Φ(x)\Phi(x) と Ψ(x)\Psi(x) を

Φ(x)=(g∘f)(x)とΨ(x)=(h∘g)(x)\Phi(x)=(g\circ f)(x)\quad \text{と}\quad\Psi(x)=(h\circ g)(x)

により定める。このとき,どんな実数 aa についても等式

(h∘Φ)(a)=(Ψ∘f)(a)\bigl(h\circ\Phi\bigr)(a)=\bigl(\Psi\circ f\bigr)(a)

が成立することを合成関数の定義にしたがって証明せよ。

ただし,合成関数 (h∘Φ)(x)(h\circ\Phi)(x) と (Ψ∘f)(x)(\Psi\circ f)(x) が定義できることの証明は記さなくてよい。

第4問の解答は,数学解答用紙Bの解答枠内に記入せよ。数や式や言葉は,文字が判読できるよう丁寧に記入せよ。

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
  • (h∘Φ)(a)=h(g(f(a)))=(Ψ∘f)(a)(h\circ\Phi)(a)=h(g(f(a)))=(\Psi\circ f)(a)

3解答

解答を見る途中式つきの解答

第4問 解答

合成関数の定義より、任意の実数 aa について (h∘Φ)(a)=h(Φ(a))=h((g∘f)(a))=h(g(f(a))).(h\circ\Phi)(a)=h(\Phi(a)) =h\bigl((g\circ f)(a)\bigr) =h\bigl(g(f(a))\bigr). 一方、同じく合成関数の定義より (Ψ∘f)(a)=Ψ(f(a))=(h∘g)(f(a))=h(g(f(a))).(\Psi\circ f)(a)=\Psi(f(a)) =(h\circ g)(f(a)) =h\bigl(g(f(a))\bigr). 両辺はいずれも h(g(f(a)))h(g(f(a))) に等しいから (h∘Φ)(a)=(Ψ∘f)(a).(h\circ\Phi)(a)=(\Psi\circ f)(a). aa は任意であるため、主張が示された。

この問題で使う考え方

  • 合成関数と逆関数

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