微分

3次関数のグラフと増減表

増減表の作り方

微分の「3次関数のグラフと増減表」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。「増減表の作り方」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Ⅱ 約10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

3次関数のグラフと増減表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: 増減表の作り方
  • ポイント: 微分の要点を、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

関数f(x)=x3−3x2−9x+5f(x) = x^3 - 3x^2 - 9x + 5について、次の問いに答えよ。

(1)(1)\quad f(x)f(x)の極値を求めよ。

(2)(2)\quad y=f(x)y = f(x)のグラフの概形を描け。

答えを見る

(1)  (1)\; x=−1x = -1で極大値10‾\underline{10}、x=3x = 3で極小値−22‾\underline{-22}

(2)  (2)\; グラフは点(−1,10)(-1, 10)で極大、点(3,−22)(3, -22)で極小となるS字型の曲線

-4 -2 0 2 4 -4 -2 2 4
y=x3−3x2−9x+5y=x^{3}-3x^{2}-9x+5

解説

3次関数のグラフと増減表について解説します。

3次関数のグラフって、どうやって描くんですか?

3次関数のグラフを描くには、まず導関数を求めて関数の増減を調べるんだ。

「増減表」という表を作って整理すると分かりやすいよ。

増減表って何ですか?

増減表は、xxの値に対してf′(x)f'(x)の符号とf(x)f(x)の増減をまとめた表だよ。

これを使うと、極値の位置やグラフの概形が分かるんだ。

それでは問題を解いていきましょう。

関数f(x)=x3−3x2−9x+5f(x) = x^3 - 3x^2 - 9x + 5について、極値を求め、グラフの概形を描け。

まずはf(x)f(x)を微分してf′(x)f'(x)を求めてみよう。

f(x)=x3−3x2−9x+5f(x) = x^3 - 3x^2 - 9x + 5を微分すると、

f′(x)=3x2−6x−9f'(x) = 3x^2 - 6x - 9
=3(x2−2x−3)= 3(x^2 - 2x - 3)
=3(x+1)(x−3)= 3(x + 1)(x - 3)

f′(x)=0f'(x) = 0となるxxを求めればいいんですね!

その通り!f′(x)=0f'(x) = 0を解いてみよう。

f′(x)=0f'(x) = 0のとき、3(x+1)(x−3)=03(x + 1)(x - 3) = 0より、

x=−1,3x = -1, 3

次に増減表を書いていこう。f′(x)f'(x)の符号を調べるよ。

f′(x)=3(x+1)(x−3)f'(x) = 3(x + 1)(x - 3)の符号を調べると、

  • x<−1x < -1のとき:(x+1)<0(x + 1) < 0、(x−3)<0(x - 3) < 0なのでf′(x)>0f'(x) > 0(増加)
  • −1<x<3-1 < x < 3のとき:(x+1)>0(x + 1) > 0、(x−3)<0(x - 3) < 0なのでf′(x)<0f'(x) < 0(減少)
  • x>3x > 3のとき:(x+1)>0(x + 1) > 0、(x−3)>0(x - 3) > 0なのでf′(x)>0f'(x) > 0(増加)

増減表にまとめると、

x⋯−1⋯3⋯f′(x)+0−0+f(x)↗極大10↘極小−22↗\Large \begin{array}{|c|ccccc|}\hline x & \cdots & -1 & \cdots & 3 & \cdots \\ \hline f'(x)& + & 0 & - & 0 & + \\ \hline f(x) & \nearrow & \begin{subarray}{c} 極大 \\ 10 \end{subarray} & \searrow & \begin{subarray}{c} 極小 \\ -22 \end{subarray} & \nearrow \\ \hline \end{array}

増減表を見ると、x=−1x = -1で極大、x=3x = 3で極小ですね!

よく読み取れたね!では極値を計算してみよう。

極値を求めます。

x=−1x = -1のとき:

f(−1)=(−1)3−3(−1)2−9(−1)+5f(-1) = (-1)^3 - 3(-1)^2 - 9(-1) + 5
=−1−3+9+5= -1 - 3 + 9 + 5

=10‾= \underline{10}(極大値)

x=3x = 3のとき:

f(3)=33−3⋅32−9⋅3+5f(3) = 3^3 - 3 \cdot 3^2 - 9 \cdot 3 + 5
=27−27−27+5= 27 - 27 - 27 + 5

=−22‾= \underline{-22}(極小値)

このグラフを図で確認しましょう。

-4 -2 0 2 4 -4 -2 2 4
y=x3−3x2−9x+5y=x^{3}-3x^{2}-9x+5

グラフを描くときは、極値の点とxx軸との交点の位置関係を把握することが大切だよ。

極大値が正で極小値が負なので、xx軸とは3点で交わることが分かるね。

なるほど!増減表があればグラフの概形が描けますね!

その通り。3次関数のグラフは、

・最高次の係数の符号

・極値の有無と値

この2つが分かればだいたいの形が描けるよ。

極値がないときもあるんですね。

そうだね。f(x)=x3f(x) = x^3のように、常に増加または減少する3次関数もあるんだ。

そういう場合はS字カーブではなく、単調な曲線になるよ。

このページのまとめ

ここでは3次関数のグラフと増減表について学習しました。

増減表を作るには、まずf′(x)f'(x)を求め、f′(x)=0f'(x) = 0の解を求めます。

そしてf′(x)f'(x)の符号から関数の増減を調べ、極値を求めます。

この流れをしっかりマスターして、グラフが描けるようになりましょう!

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