こんばんは! いつもありがとうございます。 宜しくお願いします。 関数y=f(x)の第二次関数f''(x)の値が常に正とする このとき実数a b t (a<b 0≦t≦1)について不等式f((1−t)a+tb)≦(1−t)f(a)+tf(b)が成り立つことを示せ また等号が成り立つのはどのような場合か
まずg(t)=(1−t)f(a)+tf(b)−f((1−t)a+tb)とおき0≦t≦1でg(t)≧0を示そうとすると g'(t)=−f(a)+f(b)+(a−b)f((1−t)a+tb) g''(t)=(−a+b)f''((1−t)a+tb)>0 (b−a>0とf''(x)>0より) まで証明しました。 ここから単調増加を使っていこうとしましたが、 g''(0)=(−a+b)f''(a)>0 g''(1)=(−a+b)f''(b>0) でg'(t)は単調増加
g'(0)=−f(a)+f(b)+(a−b)f'(a) まで考えましたが、ここから立ち止まってしまいました。 まずこの考え方で答えは導けるのでしょうか?そしてここからどうしたらよいのでしょうか? すみませんが宜しくお願いします。
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No.8406 - 2009/10/13(Tue) 00:47:25
| ☆ Re: 証明 / 雀 | | | g''(t)の計算が間違っています。
あとはf''(x)の値が常に正よりf'(x)が増加関数ということを 使うとできると思います。
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No.8413 - 2009/10/13(Tue) 06:53:50 |
| ☆ Re: 証明 / aki | | | どう間違っているか教えていただけないでしょうか? 見直しましたが、わかりませんでしたので…
また、この続きですが、g''(t)が単調増加と分かってもg'(0)=−f(a)+f(b)+(a−b)f'(a)となり単調増加の境目がわからないので、この先が解答できません。
教えて下さい(>_<)
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No.8415 - 2009/10/13(Tue) 17:27:47 |
| ☆ Re: 証明 / ヨッシー | | | g'(t) も、よく見たら、f' ではなく f になってますね。
g'(t)=−f(a)+f(b)+(a−b)f'((1−t)a+tb) であるとして、 f'((1−t)a+tb) を微分するといくつですか?
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No.8416 - 2009/10/13(Tue) 18:32:04 |
| ☆ Re: 証明 / aki | | | 本当ですね! g'(t)のfはf'の間違いでした。 ごめんなさい。
f'((1−t)a+tb)も、係数が消えていました、(a−b)(−a+b)f''((1−t)a+tb)で<0です。
そうすると単調減少となりましたが、g'(0)は前の解答と変わらないので、やはり立ち止まってしまいました。 この先どうしたらよいのでしょうか?
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No.8425 - 2009/10/14(Wed) 03:00:29 |
| ☆ Re: 証明 / 豆 | | | まず、この問題は単なる式の大小問題ではなく、凸関数の重要な性質を 表した問題という認識をすることが大切だと思います。 そうすれば、感覚的に(グラフを思い浮かべて)この式が成立する、という ことが分かると思いますし、 例えば、 『A,B,Cを三角形の内角とした時、sinA+sinB+sinCの最大値を求めよ』 などという問題も一発で解けることになります。
さて、このままのやり方で行くなら、 g'(0)=(b-a)([(f(b)-f(a))/(b-a)]-f’(a)) ここで、平均値の定理より、[ ]=f’(c)なるcがa<c<bに存在する。 f’(x)は単調増加なので、f'(c)-f'(a)>0 g'(0)>0 同様にして、g’(1)<0 g'(x)は単調減少なので、0<d<1なるdでg’(d)=0 g(0)=0 増加 g(d)=極大 減少 g(1)=0 よって、g(t)≧0 (t=0,1で等号成立)
平均値の定理を最初から当てはめる方法 t=0,1で等号成立するので、0<t<1で考える。 a<(1−t)a+tb<bなので、 a<c<(1−t)a+tbなるcに対して、 (f((1−t)a+tb)-f(a))/( (1−t)a+tb-a)=f’(c)なるcが存在する 整理すると、 (f((1−t)a+tb)-f(a))/(t(b-a))=f’(c) また、(1−t)a+tb<d<bなるdに対して、 (f(b)- f((1−t)a+tb))/(b- ((1−t)a+tb))=f’(d) なるdが存在する 整理すると、 (f(b)- f((1−t)a+tb))/((1-t)(b-a))=f’(d) f'(x)は単調増加なので、f'(c)<f’(d) 上式を当てはめれば、不等号の成立が確認できる。
bを変数で考えるやり方(手順としてはこれが最速か) g(b)=(1−t)f(a)+tf(b)−f((1−t)a+tb) として、a,tは定数扱い bで微分、 g'(b)=tf'(b)-tf’((1-t)a+tb)=t(f’(b)-f’((1-t)a+tb)) a<bとすれば、f'(b)は単調増加なので、g'(b)>0 g(b)は単調増加 g(a)=0より g(b)>0 (0<t<1に対して)
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No.8428 - 2009/10/14(Wed) 16:43:12 |
| ☆ Re: 証明 / aki | | | 豆さん 三つも解答下さってありがとうございます(>_<) 最初から平均値の方法ですが、まず a<(1−t)a+tb<bはなぜそうわかるのでしょうか? お願いします(>_<)
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No.8433 - 2009/10/14(Wed) 20:15:03 |
| ☆ Re: 証明 / 豆 | | | こういう質問が出るということは、最初に書いたこの式の凸関数としての 重要な性質ということが分からないのでしょうね。 掲示板を見ると、いろんな問題に手当たりしだいチャレンジしているようですが、 こういう基本的な事象を押えずに、色々解いても結局余り力が付かないのでは ないでしょうか?先ずは基本的な問題がすらすら解けることを目指した方が 良いような気がしますが、如何でしょう?
さて、ご質問の基本的なことに関しての回答は 『内分点』 です。
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No.8443 - 2009/10/15(Thu) 07:19:16 |
| ☆ Re: 証明 / aki | | | そんなに基本的なことができていないでしょうか?基本パターンの暗記しかできていないのかもしれませんが。
a b t 1の位置関係が分からない気がします。もう少しこの問題に関して詳しく教えていただけると助かります。
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No.8446 - 2009/10/15(Thu) 15:31:37 |
| ☆ Re: 証明 / aki | | | すみません。自分が基本的な質問ばかりしているのは重々承知ですので、この問題を解けるようになりたいので、宜しくお願いします。
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No.8447 - 2009/10/15(Thu) 16:36:19 |
| ☆ Re: 証明 / 豆 | | | 少なくとも、このレベルの問題を解くというのなら、基本的なことの 理解は出来ていないと私は思いますよ。 一旦、頭の中から度忘れしていても『内分点』と言われたら、 なるほどそうだった、と来るくらいでないと、この問題を解くレベル まで来ていないのではないかと思います。 a<b とあるからa,bの位置関係を意識するのは分かりますが、 それに1やtが絡んでくるというのは全く頓珍漢です。 1やtは言わば比例係数的な値ですので、a,bとの位置関係 などという発想は出て来得ません。 どんなことでも少し躓くと、直ぐ教えてくださいでは、その時分かった 積りでも1週間、間違いなく1ヶ月すれば頭から消えてしまっている と思います。 趣味でやっているならともかく、受験などのためにやっているのだったら 勉強の仕方というのを考え直した方が良いのではないかと思います。 厳しい言い方になったかもしれませんが、余りにも夥しい質問が 毎日のようにアップされ、それで見かけ上、数だけはこなせているので 力が付いているような錯覚にでも陥っているのでは、と敢えて 書かせていただきました。
なお、本件の回答に関しては、内分のところのテキストなりをご自分で 復習されることを期待いたします。
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No.8449 - 2009/10/15(Thu) 17:04:51 |
| ☆ Re: 証明 / aki | | | 位置関係と書いたのは数直線をイメージしたときの意味で、 tは長さだと思っていいましたが、位置関係という言い方はおかしいかもしれません申し訳ありませんでした。
教えていただいている立場ですので、何も言いません
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No.8450 - 2009/10/15(Thu) 17:34:15 |
| ☆ Re: 証明 / aki | | | こんばんは。 内分をこの場合どのように適用していいのかまだわかりません。 最後に教えてもらえないでしょうか? よければお願いします。
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No.8469 - 2009/10/18(Sun) 20:44:47 |
| ☆ Re: 証明 / 豆 | | | a,b (a<b) をp:qに内分(内分だから当然p,q>0)する点cは c=(qa+pb)/(p+q) これはいくらなんでも自分でやってください =(q/(p+q))a+(p/(p+q))b ここで、q/(p+q)=t とおけばp/(p+q)=1-tなので、 c=ta+(1-t)b もちろんtと1-tは入れ替えてもOK この式は内分では頻出の式で、このレベルの問題を解く人 にとっては常識レベルのはず。
0<t<1としておけば、t+(1-t)=1 で分母が1になるから、 最初から、a,bを(1-t):tに内分する点で考えても良い。
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No.8485 - 2009/10/19(Mon) 11:55:01 |
| ☆ Re: 証明 / aki | | | ありがとうございます。
すみませんが、その計算はわかるのですが、根本的にa<bと0≦t≦1が今分かっていてもa<bにおけるtの位置はわからないので、q/p+qを勝手にtとおけるのがわからないのです…
うまく伝わるとよいのですが(>_<) 変な疑問かもしれませんが、教えていただけると助かります。
宜しくお願いします。
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No.8553 - 2009/10/23(Fri) 14:48:44 |
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