高校数学 公式・解法ノート
差がつく

極大値と極小値の差(3次関数の性質)

着眼点極値の差は、極値をとる x の差 \beta-\alpha だけで決まる。解と係数の関係と組むと計算が短い。

f(x)=ax^3+\cdots が x=\alpha,\beta\ (\alpha<\beta) で極値をとるとき

|f(\alpha)-f(\beta)|=\frac{|a|}{2}(\beta-\alpha)^3

理由:f(\alpha)-f(\beta)=-\int_\alpha^\beta f'(x)dx=-3a\int_\alpha^\beta(x-\alpha)(x-\beta)dx=\frac{a}{2}(\beta-\alpha)^3。

また3次関数のグラフは、x=\frac{\alpha+\beta}{2} の点(極大点と極小点の中点)について点対称。

例題
1
f(x)=x^3-3x^2-9x+2 の極大値と極小値の差を、公式で求めよ。
解答
f'(x)=3(x+1)(x-3) より \alpha=-1,\ \beta=3。
差は \frac{1}{2}\cdot4^3=32。
(検算:7-(-25)=32)答 32
2
f(x)=x^3-3ax^2\ (a>0) の極大値と極小値の差が 4 のとき、a を求めよ。
解答
f'(x)=3x(x-2a) より \alpha=0,\ \beta=2a。
差は \frac{1}{2}(2a)^3=4a^3=4 より
答 a=1
(検算:f(0)=0,\ f(2)=8-12=-4、差 4)
注意記述式では公式だけ書かず、積分で示すか、直接 f(\alpha)-f(\beta) を計算する。

「微分法(数Ⅱ)」の項目

  1. 導関数の公式と計算必須
  2. 微分係数の定義と極限の変形差がつく
  3. 接線・法線の方程式必須
  4. 曲線外の点から引く接線(接点を t とおく)必須
  5. 共通接線差がつく
  6. 増減表の書き方と極値必須
  7. 極値をもつ条件・極値から係数を決める必須
  8. 3次関数のグラフをかく必須
  9. 極大値と極小値の差(3次関数の性質)差がつく
  10. 閉区間での最大・最小(端と極値を比べる)必須
  11. 図形・文章題の最大・最小差がつく
  12. 置き換えて3次関数にする(三角関数・指数など)差がつく
  13. 実数解の個数(定数を分離してグラフと直線の交点)必須
  14. 文字が分離できないとき:極大値と極小値の符号差がつく
  15. 不等式の証明(差をとって最小値 ≧0)必須
  16. 接線が3本引ける点の領域を図示する不要

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