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■2306 / inTopicNo.1)  すーに
  
□投稿者/ 3BA 一般人(1回)-(2005/07/27(Wed) 21:15:43)
    0以上の実数s,tがs^2+t^2=1を満たしながら動くとき、方程式
    x^4-2(s+t)x^2(s-t)^2=0の解のとる値の範囲を求めよ。

    東大過去問です。わからないのでおしえてください。
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■2336 / inTopicNo.2)  Re[1]: すーに
□投稿者/ みっちぃ 付き人(70回)-(2005/07/28(Thu) 03:05:40)
    問題はx^4-2(s+t)x^2+(s-t)^2=0ですね.
    解の公式でx^2=(s+t)±2√(st)=(√s ±√t)^2 となるため,
    x=±√s ±√t (複号任意)となります.

    さて,求めるのは解xの範囲なので-√s-√t,√s-√t,-√s+√t,√s+√tの取りうる範囲をそれぞれ調べないといけないのですが,
    もともとs,tは,両方非負でs^2+t^2=1上を動くので,対称な動きをします.
    従って,√s-√tと√t-√sの動く範囲は全く一致しますし,
    -√s-√t≦√s-√t(√t-√s)≦√s+√t が成り立つため(等号は左のがともに-1のとき,右のがともに1のとき)
    なので,√s+√tの最大値がk(>1)となると,-k≦x≦kの全てをxが動くことが明白になります.

    このkを求めますが,微積を習っていない段階ではs=tの時に√s+√tが最大値を取ることの説明は,『感覚的に』と言う以外ないので,
    感覚的にs=t=1/√2のときに,k=√s+√t=[4]√8 が求まります.(4乗根です)
    よって,-[4]√8≦x≦[4]√8が答え.

    ちなみに,別の方法もいくつか考え付きましたが,長くなるし計算がしんどいので,少し厳密ではないですが,この方法で回答しておきます.
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■2337 / inTopicNo.3)  Re[2]: すーに
□投稿者/ 3BA 一般人(2回)-(2005/07/28(Thu) 07:05:03)
    微分習いました!!
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■2345 / inTopicNo.4)  Re[3]: すーに
□投稿者/ みっちぃ 付き人(71回)-(2005/07/28(Thu) 11:37:34)
    もし,微分(数V)を習っておられたら
    s^2+t^2=1(s,t≧0)の下でのk=√s+√tの最大値を考えるときに,
    st平面にs^2+t^2=1のグラフと√s+√t=kのグラフが書けます.
    √s+√t=kのグラフは(k^2,0)(0,k^2)を端点とする反比例みたいな形のグラフになっていますよね.
    2つのグラフが交点を持つような,kの最大を考えればよくなります.

    このとき,s^2+t^2=1,k=√s+√tが接するような場合を考えればよいことは,一目瞭然です.
    s^2+t^2=1 ⇒ t=√(1-s^2) (円の上側だけ考えればよい)
    √s+√t=k ⇒ t=s-2k√s +k^2

    これが接するので,連立方程式
    ・√(1-s^2) =s-2k√s +k^2
    ・{√(1-s^2)}' ={s-2k√s +k^2}' (sで微分です)
    の解けば,s=1/√2,k=[4]√8 と求められます.

    ここまで考えるなら,やはり結構大変な問題になります.
    ですから,kの最大値を求めるときは,↑のs,kの答えが出てくることを感覚的に最初から予測して,解くのがいいと思われます.
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