次の関数 $f(x)$ の、指定された定義域における最大値と最小値を求めよ。 (1) $f(x) = -2x^2 + 8x + 7 \quad (-1 \leq x \leq 3)$ (2) $f(x) = x^3 - 3x^2 - 9x - 1 \quad (-2 \leq x \leq 4)$ (3) $f(x) = -2x^3 + 6x^2 + 2 \quad (-1 \leq x \leq 1)$ (4) $f(x) = x^4 - x^2 \quad (0 \leq x \leq 2)$

解析学関数の最大・最小微分定義域極値
2025/7/9
はい、承知いたしました。
問題文の指示に従い、OCRで読み取れた以下の問題を解きます。

1. 問題の内容

次の関数 f(x)f(x) の、指定された定義域における最大値と最小値を求めよ。
(1) f(x)=2x2+8x+7(1x3)f(x) = -2x^2 + 8x + 7 \quad (-1 \leq x \leq 3)
(2) f(x)=x33x29x1(2x4)f(x) = x^3 - 3x^2 - 9x - 1 \quad (-2 \leq x \leq 4)
(3) f(x)=2x3+6x2+2(1x1)f(x) = -2x^3 + 6x^2 + 2 \quad (-1 \leq x \leq 1)
(4) f(x)=x4x2(0x2)f(x) = x^4 - x^2 \quad (0 \leq x \leq 2)

2. 解き方の手順

(1) f(x)=2x2+8x+7(1x3)f(x) = -2x^2 + 8x + 7 \quad (-1 \leq x \leq 3)
まず、微分して極値を求めます。
f(x)=4x+8f'(x) = -4x + 8
f(x)=0f'(x) = 0 となる xxx=2x = 2 です。
f(2)=2(2)2+8(2)+7=8+16+7=15f(2) = -2(2)^2 + 8(2) + 7 = -8 + 16 + 7 = 15
定義域の端点での値を計算します。
f(1)=2(1)2+8(1)+7=28+7=3f(-1) = -2(-1)^2 + 8(-1) + 7 = -2 - 8 + 7 = -3
f(3)=2(3)2+8(3)+7=18+24+7=13f(3) = -2(3)^2 + 8(3) + 7 = -18 + 24 + 7 = 13
最大値は15 (x=2x = 2のとき)、最小値は-3 (x=1x = -1のとき)です。
(2) f(x)=x33x29x1(2x4)f(x) = x^3 - 3x^2 - 9x - 1 \quad (-2 \leq x \leq 4)
まず、微分して極値を求めます。
f(x)=3x26x9f'(x) = 3x^2 - 6x - 9
f(x)=0f'(x) = 0 となる xx を求めます。
3x26x9=03x^2 - 6x - 9 = 0
x22x3=0x^2 - 2x - 3 = 0
(x3)(x+1)=0(x - 3)(x + 1) = 0
x=3,1x = 3, -1
定義域の端点と極値での値を計算します。
f(2)=(2)33(2)29(2)1=812+181=3f(-2) = (-2)^3 - 3(-2)^2 - 9(-2) - 1 = -8 - 12 + 18 - 1 = -3
f(1)=(1)33(1)29(1)1=13+91=4f(-1) = (-1)^3 - 3(-1)^2 - 9(-1) - 1 = -1 - 3 + 9 - 1 = 4
f(3)=(3)33(3)29(3)1=2727271=28f(3) = (3)^3 - 3(3)^2 - 9(3) - 1 = 27 - 27 - 27 - 1 = -28
f(4)=(4)33(4)29(4)1=6448361=21f(4) = (4)^3 - 3(4)^2 - 9(4) - 1 = 64 - 48 - 36 - 1 = -21
最大値は4 (x=1x = -1のとき)、最小値は-28 (x=3x = 3のとき)です。
(3) f(x)=2x3+6x2+2(1x1)f(x) = -2x^3 + 6x^2 + 2 \quad (-1 \leq x \leq 1)
まず、微分して極値を求めます。
f(x)=6x2+12xf'(x) = -6x^2 + 12x
f(x)=0f'(x) = 0 となる xx を求めます。
6x2+12x=0-6x^2 + 12x = 0
6x(x2)=0-6x(x - 2) = 0
x=0,2x = 0, 2
定義域に含まれるのは x=0x=0 のみです。定義域の端点と極値での値を計算します。
f(1)=2(1)3+6(1)2+2=2+6+2=10f(-1) = -2(-1)^3 + 6(-1)^2 + 2 = 2 + 6 + 2 = 10
f(0)=2(0)3+6(0)2+2=2f(0) = -2(0)^3 + 6(0)^2 + 2 = 2
f(1)=2(1)3+6(1)2+2=2+6+2=6f(1) = -2(1)^3 + 6(1)^2 + 2 = -2 + 6 + 2 = 6
最大値は10 (x=1x = -1のとき)、最小値は2 (x=0x = 0のとき)です。
(4) f(x)=x4x2(0x2)f(x) = x^4 - x^2 \quad (0 \leq x \leq 2)
まず、微分して極値を求めます。
f(x)=4x32xf'(x) = 4x^3 - 2x
f(x)=0f'(x) = 0 となる xx を求めます。
4x32x=04x^3 - 2x = 0
2x(2x21)=02x(2x^2 - 1) = 0
x=0,±12x = 0, \pm \frac{1}{\sqrt{2}}
定義域に含まれるのは x=0x=0x=12x = \frac{1}{\sqrt{2}} です。定義域の端点と極値での値を計算します。
f(0)=(0)4(0)2=0f(0) = (0)^4 - (0)^2 = 0
f(12)=(12)4(12)2=1412=14f(\frac{1}{\sqrt{2}}) = (\frac{1}{\sqrt{2}})^4 - (\frac{1}{\sqrt{2}})^2 = \frac{1}{4} - \frac{1}{2} = -\frac{1}{4}
f(2)=(2)4(2)2=164=12f(2) = (2)^4 - (2)^2 = 16 - 4 = 12
最大値は12 (x=2x = 2のとき)、最小値は14-\frac{1}{4} (x=12x = \frac{1}{\sqrt{2}}のとき)です。

3. 最終的な答え

(1) 最大値: 15, 最小値: -3
(2) 最大値: 4, 最小値: -28
(3) 最大値: 10, 最小値: 2
(4) 最大値: 12, 最小値: -1/4

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