2次関数

定義域が動く場合の最大・最小

定義域にパラメータを含む場合

2次関数の「定義域が動く場合の最大・最小」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。「定義域にパラメータを含む場合」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 3 図つき

このページのまとめ

先に押さえておくこと

定義域が動く場合の最大・最小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: 定義域にパラメータを含む場合
  • 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。
  • 次に読むなら: 関連ページ、またはアプリで類題演習

問題

f(x)=x2−2x+3f(x)=x^2-2x+3のa≦x≦a+2a \leqq x \leqq a+2における最小値をaaを用いて表せ。

答えを見る

a<−1a < -1のとき、x=a+2x=a+2で最小値  a2+2a+3‾\underline{最小値\;a^2+2a+3}

−1≦a≦1-1 \leqq a \leqq 1のとき、x=1x=1で最小値  2‾\underline{最小値\;2}

a>1a > 1のとき、x=ax=aで最小値  a2−2a+3‾\underline{最小値\;a^2-2a+3}

解説

定義域が動く場合の2次関数の最小値について解説します。

定義域にaaが入っていて、どこから考えればいいか分かりません...

この問題のポイントは、aaの値によって定義域が左右に動くことだよ。

軸と定義域の位置関係で場合分けして考えよう!

f(x)=x2−2x+3f(x)=x^2-2x+3のa≦x≦a+2a \leqq x \leqq a+2における最小値をaaを用いて表せ。

まず、f(x)f(x)を平方完成します。

f(x)=x2−2x+3f(x) = x^2 - 2x + 3
=(x−1)2−1+3= (x-1)^2 - 1 + 3
=(x−1)2+2= (x-1)^2 + 2

頂点は(1, 2)(1,\,2)で、軸はx=1x=1だね。下に凸の放物線だよ。

定義域はa≦x≦a+2a \leqq x \leqq a+2で、幅が22の区間です。aaの値によってこの区間が左右に移動します。

軸x=1x=1と定義域の位置関係で場合分けするんですね!

その通り!下に凸の放物線だから、軸に近い点ほどyyの値は小さくなるよ。

軸が定義域に入っているかどうかで最小値が変わるんだ。

(i)  a+2<1\textcolor{red}{(\mathrm{i})\; a+2 < 1}すなわちa<−1\textcolor{red}{a < -1}のとき

定義域[a, a+2][a,\,a+2]が軸x=1x=1より左側にあるので、定義域内でx=1x=1に最も近い点は右端のx=a+2x=a+2です。

(1, 2) (1, 2) (-2, 11) (0, 3) 最小 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
y = x^2 - 2x + 3
y = x^2 - 2x + 3

上のグラフでは、a=−2a=-2の場合を赤色で示しています。定義域[−2, 0][-2,\,0]は軸x=1x=1より左にあり、右端x=0x=0で最小値をとります。

よって最小値は

f(a+2)=(a+2)2−2(a+2)+3f(a+2) = (a+2)^2 - 2(a+2) + 3
=a2+4a+4−2a−4+3= a^2 + 4a + 4 - 2a - 4 + 3
=a2+2a+3‾= \underline{a^2 + 2a + 3}

(ii)  a≦1≦a+2\textcolor{red}{(\mathrm{ii})\; a \leqq 1 \leqq a+2}すなわち−1≦a≦1\textcolor{red}{-1 \leqq a \leqq 1}のとき

軸x=1x=1が定義域[a, a+2][a,\,a+2]の中にあるので、頂点で最小値をとります。

(1, 2) (1, 2) (0, 3) (1, 2) 最小 (2, 3) -2 -1 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
y = x^2 - 2x + 3
y = x^2 - 2x + 3

上のグラフでは、a=0a=0の場合を赤色で示しています。定義域[0, 2][0,\,2]の中に軸x=1x=1が含まれており、頂点で最小値をとります。

よって最小値は

f(1)=(1−1)2+2=2‾f(1) = (1-1)^2 + 2 = \underline{2}

(iii)  1<a\textcolor{red}{(\mathrm{iii})\; 1 < a}すなわちa>1\textcolor{red}{a > 1}のとき

定義域[a, a+2][a,\,a+2]が軸x=1x=1より右側にあるので、定義域内でx=1x=1に最も近い点は左端のx=ax=aです。

(1, 2) (1, 2) (2, 3) 最小 (4, 11) -2 -1 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
y = x^2 - 2x + 3
y = x^2 - 2x + 3

上のグラフでは、a=2a=2の場合を赤色で示しています。定義域[2, 4][2,\,4]は軸x=1x=1より右にあり、左端x=2x=2で最小値をとります。

よって最小値は

f(a)=a2−2a+3f(a) = a^2 - 2a + 3
=a2−2a+3‾= \underline{a^2 - 2a + 3}

場合分けの境目はどうやって決めるんですか?

いい質問だね!ポイントは「軸が定義域に入るかどうか」だよ。

軸x=1x=1が定義域[a, a+2][a,\,a+2]に入る条件はa≦1≦a+2a \leqq 1 \leqq a+2、つまり−1≦a≦1-1 \leqq a \leqq 1なんだ。

場合分けの境目で答えが一致するか確認しておくと安心だよ。

a=−1a=-1のとき:a2+2a+3=1−2+3=2a^2+2a+3 = 1-2+3 = 2 で(ii)と一致するね。

a=1a=1のとき:a2−2a+3=1−2+3=2a^2-2a+3 = 1-2+3 = 2 で(ii)と一致するね。

このページのまとめ

ここでは、定義域にパラメータが含まれる2次関数の最小値について学習しました。

「軸が固定で定義域が動く」タイプの問題では、軸が定義域に入るかどうかで場合分けをすることがポイントです。

場合分けの境目で値が一致するかどうかも確認するようにしましょう!

アプリで続ける

この問題の「よくある質問」や「解法の鍵」は、アプリで読めます。

この問題に関するよくある疑問への回答や、解法のポイントをまとめた「解法の鍵」はアプリに収録しています。 類題演習やAIへの質問もアプリから使えます。定義域が動く場合の最大・最小 に近い内容をそのまま続けられます。

よくある質問 解法の鍵 類題演習 AIに質問

ストアからダウンロードして、同じ単元の演習やAI質問をそのまま続けられます。