初級:2次関数と変域(全10問)
問1
関数 y = 2x² について、x の変域が -1 ≦ x ≦ 3 のとき、y の変域を求めなさい。
解答: 0 ≦ y ≦ 18
解説: x = 0 を含むため、y の最小値は 0 です。x = -1 のとき y = 2×(-1)² = 2、x = 3 のとき y = 2×3² = 18 となり、最大値は 18 です。よって 0 ≦ y ≦ 18 となります。
問2
関数 y = -x² について、x の変域が -2 ≦ x ≦ 1 のとき、y の変域を求めなさい。
解答: -4 ≦ y ≦ 0
解説: グラフは上に凸の放物線で、x = 0 を含みます。x = 0 のとき y = 0 が最大値です。x = -2 のとき y = -(-2)² = -4 でこれが最小値となります。よって -4 ≦ y ≦ 0 です。
問3
関数 y = (1/2)x² について、x の変域が 2 ≦ x ≦ 4 のとき、y の変域を求めなさい。
解答: 2 ≦ y ≦ 8
解説: x の変域に 0 は含まれていません。x = 2 のとき y = (1/2)×2² = 2、x = 4 のとき y = (1/2)×4² = 8 となり、変域は 2 ≦ y ≦ 8 です。
問4
関数 y = -3x² について、x の変域が -3 ≦ x ≦ -1 のとき、y の変域を求めなさい。
解答: -27 ≦ y ≦ -3
解説: x の変域に 0 は含まれません。x = -3 のとき y = -3×(-3)² = -27(最小値)、x = -1 のとき y = -3×(-1)² = -3(最大値)となります。よって -27 ≦ y ≦ -3 です。
問5
関数 y = ax² で、x の変域が -1 ≦ x ≦ 3 のとき、y の変域が 0 ≦ y ≦ 18 です。定数 a の値を求めなさい。
解答: a = 2
解説: x の変域が 0 を含み、最大値が 18 になるのは x = 3 のときです。18 = a×3² より 9a = 18、したがって a = 2 となります。
問6
関数 y = ax² で、x の変域が -3 ≦ x ≦ 2 のとき、y の変域が -18 ≦ y ≦ 0 です。定数 a の値を求めなさい。
解答: a = -2
解説: y の最大値が 0 で負の値を含んでいるため、グラフは上に凸 (a < 0) です。絶対値が最も大きい x = -3 のとき最小値 -18 をとります。-18 = a×(-3)² より 9a = -18、よって a = -2 です。
問7
関数 y = x² について、x の変域が a ≦ x ≦ 3 のとき、y の変域が 4 ≦ y ≦ 9 です。負の数 a の値を求めなさい。
解答: a = -2
解説: 最大値は x = 3 のときの 9 です。最小値が 4 になるのは、x² = 4 より x = ±2 です。a は負の数なので a = -2 となります。
問8
関数 y = 3x² について、x の変域が -2 ≦ x ≦ b のとき、y の変域が 0 ≦ y ≦ 27 です。正の数 b の値を求めなさい。
解答: b = 3
解説: 最小値は 0 です。最大値が 27 になるのは、3x² = 27 より x² = 9、x = ±3 です。b は正の数なので b = 3 です。
問9
関数 y = ax² について、x の変域が -2 ≦ x ≦ 4 のとき、y の変域が 0 ≦ y ≦ 32 です。定数 a の値を求めなさい。
解答: a = 2
解説: 最小値は 0 で、x の絶対値が最も大きいのは x = 4 のときです。32 = a×4² より 16a = 32、したがって a = 2 です。
問10
関数 y = -2x² について、x の変域が -3 ≦ x ≦ a のとき、y の変域が -18 ≦ y ≦ 0 です。a が負の数のとき、a の値を求めなさい。
解答: a = -3
解説: 上に凸のグラフで、最大値は 0 です。最小値が -18 になるのは、-2x² = -18 より x² = 9、x = ±3 です。a は負の数なので a = -3 です。