極値の問題

■問題

関数 f ( x ) = 2 x 3 − 2 a x 2 − b x + a 2 − 10 が x = 1 で極小値 10 をとるとき, a と b の値を求めよ.また、極大値を求めよ.

■答

a = − 6 ,   b = 30

x = − 5 のとき,極大値 f ( − 5 ) = 226

■ヒント

x = 1 で極小値 10 をとるため

f ′ 1 = 0 , f ( 1 ) = 10

が成り立つ.

■解説

f ( x ) = 2 x 3 − 2 a x 2 − b x + a 2 − 10 から

f ′ x = 6 x 2 − 4 a x − b

x = 1 で極小値 10 をとるため

f ′ 1 = 0 より

f ′ 1 = 6 − 4 a − b = 0   ・・・・・・(1)

f ( 1 ) = 10 より

f ( 1 ) = a 2 − 2 a − b − 8 = 10   ・・・・・・(2)

(1)と(2)からなる連立方程式を解く

(1)より

b = − 4 a + 6 ・・・・・・(3)

(3)を(2)に代入する.

a 2 − 2 a − − 4 a + 6 − 8 = 10

a 2 + 2 a − 24 = 0

a + 6 a − 4 = 0

a = − 6 , 4

a = − 6 を(3)に代入する

b = − 4 − 6 + 6 = 30

a = 4 を(3)に代入する.

b = − 4 ⋅ 4 + 6 = − 10

よって

( a ,   b ) = ( − 6 ,   30 ) ,   ( 4 ,   − 10 )

a = − 6 ,   b = 30 のとき

f ( x ) = 2 x 3 + 12 x 2 − 30 x + 26

f ′ x = 6 x 2 + 24 x − 30

= 6 ( x 2 + 4 x − 5 )

= 6 ( x + 5 ) ( x − 1 )

f ′ x = 0 とすると, x = − 5 ,   1

となるため,増減表を次のようになる.

x … − 5 … 1 …
f ′ ( x ) + 0 - 0 +
f ( x ) ↗
極大
↘
極小
↗

よって, x = 1 で極小値 10 をとり条件を満たす.

また, x = − 5 のとき,極大値は

f ( − 5 ) = 2 ⋅ ( − 5 ) 3 + 12 ⋅ 5 2 − 30 ⋅ ( − 5 ) + 26 = 226

となる.

a = 4 ,   b = − 10 のとき

f ( x ) = 2 x 3 − 8 x 2 + 10 x + 6

f ′ x = 6 x 2 − 16 x + 10

= 2 ( 3 x 2 − 8 x + 5 )

= 2 ( x − 1 ) ( 3 x − 5 )

f ′ x = 0 とすると, x = 1 ,   5 3

となるため,増減表を次のようになる.

x … 1 … 5 3 …
f ′ ( x ) + 0 - 0 +
f ( x ) ↗
極大
↘
極小
↗

x = 1 は極大値となるため, x = 1 で極小値 10 の条件を満たさない.

以上より, a = − 6 ,   b = 30 となる.

 

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最終更新日: 2025年11月28日