2次関数 $y = -(x - a)^2 + 3$ の $0 \leq x \leq 2$ における最大値と最小値を求めよ。

代数学二次関数最大値最小値場合分け
2025/7/13

1. 問題の内容

2次関数 y=(xa)2+3y = -(x - a)^2 + 30x20 \leq x \leq 2 における最大値と最小値を求めよ。

2. 解き方の手順

この2次関数は上に凸な放物線です。軸は x=ax = a です。
(1) 最大値を求める。
最大値は、軸が定義域の中にあるか、定義域の端にあるかで場合分けします。
- a<0a < 0 のとき、定義域の端 x=0x = 0 で最大となる。最大値は y=(0a)2+3=a2+3y = -(0 - a)^2 + 3 = -a^2 + 3
- 0a20 \leq a \leq 2 のとき、軸 x=ax = a で最大となる。最大値は y=(aa)2+3=3y = -(a - a)^2 + 3 = 3
- a>2a > 2 のとき、定義域の端 x=2x = 2 で最大となる。最大値は y=(2a)2+3=(a24a+4)+3=a2+4a1y = -(2 - a)^2 + 3 = -(a^2 - 4a + 4) + 3 = -a^2 + 4a - 1
(2) 最小値を求める。
最小値も、軸が定義域の中にあるか、定義域の端にあるかで場合分けします。
- a1a \leq 1 のとき、定義域の端 x=2x = 2 で最小となる。最小値は y=(2a)2+3=(a24a+4)+3=a2+4a1y = -(2 - a)^2 + 3 = -(a^2 - 4a + 4) + 3 = -a^2 + 4a - 1
- a>1a > 1 のとき、定義域の端 x=0x = 0 で最小となる。最小値は y=(0a)2+3=a2+3y = -(0 - a)^2 + 3 = -a^2 + 3

3. 最終的な答え

(1) 最大値:
- a<0a < 0 のとき、a2+3-a^2 + 3
- 0a20 \leq a \leq 2 のとき、 33
- a>2a > 2 のとき、a2+4a1-a^2 + 4a - 1
(2) 最小値:
- a1a \leq 1 のとき、a2+4a1-a^2 + 4a - 1
- a>1a > 1 のとき、a2+3-a^2 + 3

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