2次関数

判別式の応用

実数解の存在条件

2次関数の「判別式の応用」を、答えを先に押さえてから理解できる形に整理したページです。「実数解の存在条件」でつまずきやすい点も含めて、学習の流れを短く確認できます。

数学Ⅰ 約9分 難易度 2 図つき

このページのまとめ

先に押さえておくこと

判別式の応用の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。

答えの要点

図と式の対応や答えの条件を、先に短く確認できます。

  • テーマ: 実数解の存在条件
  • ポイント: 2次関数の要点を、図と式を往復しながら確認しやすい記事です。
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問題

(1)(1)\quad 22次方程式 x2+2kx+k+6=0x^2+2kx+k+6=0 が実数解をもつような定数 kk の値の範囲を求めよ。

(2)(2)\quad 22次方程式 x24x+m=0x^2-4x+m=0 が重解をもつとき、定数 mm の値と重解を求めよ。

答えを見る

(1)  (1)\; k2\underline{k \leqq -2} または k3\underline{k \geqq 3}

(2)  (2)\; m=4\underline{m=4}、重解 x=2\underline{x=2}

解説

判別式を用いて、文字を含む22次方程式の実数解の存在条件を求める問題を解説します。

今回は判別式 DD を使って、方程式のパラメータの条件を求める問題だよ。まずは判別式の基本を復習しよう。

判別式の符号で実数解の個数が分かるんでしたね。でも、今回は「実数解をもつ条件」を求めるんですか?

そう!「実数解をもつ」\Leftrightarrow D0D \geqq 0 という条件を使って、未知のパラメータの範囲を求めるんだ。グラフで考えると、放物線が xx 軸と共有点をもつ条件だね。

判別式の符号と放物線の位置関係をグラフで確認してみましょう。

1 3 (2, 0) -1 0 1 2 3 4 5 -2 -1 1 2 3 4 5 6
y = x^2 - 4x + 3
y = x^2 - 4x + 4
y = x^2 - 4x + 5

青の放物線は D>0D>0xx 軸と22点で交わる)、緑は D=0D=0xx 軸に接する)、赤は D<0D<0xx 軸と交わらない)だよ。

それでは問題をみていきましょう。

(1)(1)\quad 22次方程式 x2+2kx+k+6=0x^2+2kx+k+6=0 が実数解をもつような定数 kk の値の範囲を求めよ。

実数解をもつ条件は D0D \geqq 0 です。

xx の係数が 2k2k(偶数の形)なので、D4\frac{D}{4} を使いましょう。

D4=k21(k+6)\frac{D}{4} = k^2 - 1 \cdot (k+6)
=k2k6= k^2 - k - 6

実数解をもつ条件は D40\frac{D}{4} \geqq 0 なので、

k2k60k^2 - k - 6 \geqq 0

左辺を因数分解すると、

(k3)(k+2)0(k-3)(k+2) \geqq 0

これは kk についての22次不等式ですね!

その通り!22次不等式の解き方を使おう。(k3)(k+2)0(k-3)(k+2) \geqq 0 だから、k2k \leqq -2 または k3k \geqq 3 だね。

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 -2 3

よって、k2\underline{k \leqq -2} または k3\underline{k \geqq 3} が答えです。

(2)(2)\quad 22次方程式 x24x+m=0x^2-4x+m=0 が重解をもつとき、定数 mm の値と重解を求めよ。

重解をもつ条件は D=0D = 0 です。

xx の係数が 4-4(偶数)なので、D4\frac{D}{4} を使います。

D4=(2)21m\frac{D}{4} = (-2)^2 - 1 \cdot m
=4m= 4 - m

D4=0\frac{D}{4} = 0 より 4m=04 - m = 0、すなわち m=4\underline{m = 4}

このとき方程式は x24x+4=0x^2 - 4x + 4 = 0 となり、

(x2)2=0(x-2)^2 = 0

よって重解は x=2\underline{x = 2} です。

m=4m=4 のとき、放物線 y=x24x+4y=x^2-4x+4xx 軸にちょうど接する状態だね。グラフで確認してみよう。

(2, 0) -1 0 1 2 3 4 5 -2 -1 1 2 3 4 5

頂点が xx 軸上にあるので、ちょうど接しているんですね!

そうだね。重解 \Leftrightarrow D=0D=0 \Leftrightarrow 放物線が xx 軸に接する、という関係をしっかり理解しておこう。

このページのまとめ

ここでは判別式を応用して、パラメータの条件を求める問題について学習しました。

「実数解をもつ \Rightarrow D0D \geqq 0」「重解 \Rightarrow D=0D = 0」という条件をパラメータについての方程式・不等式として解くのがポイントです。

xx の係数が偶数のときは D4\frac{D}{4} を使うと計算が楽になるので、ぜひ活用してくださいね!

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