高校2年生です。
これまで一文字固定することで多変数関数の最大・最小を考える問題をご質問させていただいたのですが、下記の問題もそれで解けるのでしょうか?方針だけでもよいのでお教え下さい。
実数x,yが 1≦1/x+1/y≦2, 2≦x+y≦4 を満たすとき、x+y+2/x+2/y のとりえる値の範囲を求めよ、という問題です(答えは4√2≦k≦8になります)。
よろしくお願いします。
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No.71463 - 2020/12/13(Sun) 20:17:00
| ☆ Re: 多変数関数 / kei | | | 分数の式は 1≦1/x+1/y≦2の中辺は、 1/xと1/yの和を、 値域を求めるx+y+2/x+2/yは xとyと2/xと2/yの和を表しています。分かりにくくてすみません。
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No.71465 - 2020/12/13(Sun) 20:21:37 |
| ☆ Re: 多変数関数 / IT | | | そのままで一文字固定でできるかも知れませんが、むつかしいそうです。
ぱっと見、対称性を利用して s=x+y,t=xy とおいて計算したくなりますね。 1≦1/x+1/y≦2, 2≦x+y≦4 に加えて、 x,yが実数であるための条件をs,tで表す必要があります。
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No.71466 - 2020/12/13(Sun) 21:38:17 |
| ☆ Re: 多変数関数 / kei | | | IT様
ご丁寧な指針、ありがとうございます。 教えていただいた説明をもとに解いてみました。
s=x+y,t=xyとおくと、 xとyはXの2次方程式X^2-sx+t=0の実数解であるから判別式を考えて s^2-4t≧0 ∴t≦s^2/4 ・・・☆
また、与えられた条件式は 1≦s/t≦2, 2≦s≦4 ・・・☆☆
z=x+y+2/x+2/yとおくと、z=s(1+2/t)
すると、 z=s+2×s/t≦4+2×2=8 (等号はs=4かつt=2のとき) ∵☆☆
z=s(1+2/t) ≧s{1+2/(s^2/4)} =s+8/s ≧2√(s×8/s) (相加相乗平均の不等式) =4√2 (等号はs=2√2のとき成立し、☆☆を満たす)
が成り立つ。 よって、4√2≦z≦8
不備があるかもしれませんが、ここまで到達できてことをとても嬉しく思っています!
上記の解答で良いか、ご確認をお願い致します。
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No.71467 - 2020/12/13(Sun) 23:51:05 |
| ☆ Re: 多変数関数 / らすかる | | | 一文字固定ではない別解 x+y+2/x+2/y=(x+2/x)+(y+2/y) x+2/x≧2√2 (等号はx=√2のとき) y+2/y≧2√2 (等号はy=√2のとき) x=y=√2は条件を満たしているので2√2+2√2=4√2が最小値 x+y+2/x+2/y=(x+y)+2(1/x+1/y) 条件からx+y≦4、1/x+1/y≦2 x+y=4,1/x+1/y=2を解くとx,y=2±√2となり解は存在するので 最大値は4+2×2=8 与式はx>0かつy>0で連続なので、求める範囲は4√2≦(与式)≦8
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No.71468 - 2020/12/14(Mon) 04:28:42 |
| ☆ Re: 多変数関数 / IT | | | 最小値と最大値を求めるところまでについて、細かいことをいえば、 z=s+2×s/t≦4+2×2=8 (等号はs=4かつt=2のとき) ∵☆☆ では、s=4かつt=2のとき☆を満たすことも言うか、具体的なx,y を示した方が確実です。
z=s(1+2/t) ≧s{1+2/(s^2/4)}∵☆ としておく。
最小値と最大値の間の任意の実数値を取ることは、示す必要があると思います。 らすかるさんは「与式はx>0かつy>0で連続なので」とさらっと言っておられます。
下記などが参考になると思います。 https://mathtrain.jp/tyukan
1≦1/x+1/y≦2, 2≦x+y≦4 がxy平面でどんな範囲となるかを図示して zが連続であることから言えば良いと思います。
高校2年だと中間値の定理や関数の連続は未習ですか?
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No.71474 - 2020/12/14(Mon) 18:22:41 |
| ☆ Re: 多変数関数 / kei | | | らすかる様
別解ありがとうございます! 下からの評価で、項(xや2/x)が離れていると相加・相乗平均がすぐに思いつかなかったことに反省です。 上から評価したあと、実際に等号が成り立つx,yの存在を言うことで最大値が分かるのですね! とても勉強になりました。
IT様 等号成立の部分、気を付けます! 文系で数?Vは未習ですが、教科書の例題レベルは微分まで勉強しました。 今までx>0ときx+1/xの値域は相加・相乗平均の不等式でいきなり2以上の全実数としていましたが、これからは連続性についても言及するように注意します。
皆様いつもとても丁寧に教えて下さり、本当にありがとうございます!頑張ります。
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No.71476 - 2020/12/14(Mon) 20:37:56 |
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