変数 $x$ と $y$ が条件 $x+y=1$ を満たすとき、$x^2 + y^2$ の最小値を求める問題です。

代数学最大・最小二次関数平方完成代入
2025/5/14

1. 問題の内容

変数 xxyy が条件 x+y=1x+y=1 を満たすとき、x2+y2x^2 + y^2 の最小値を求める問題です。

2. 解き方の手順

条件 x+y=1x+y=1 から y=1xy = 1-x と表せます。
これを x2+y2x^2 + y^2 に代入すると、
x2+(1x)2=x2+12x+x2=2x22x+1x^2 + (1-x)^2 = x^2 + 1 - 2x + x^2 = 2x^2 - 2x + 1 となります。
この式を平方完成します。
2x22x+1=2(x2x)+1=2(x2x+1414)+1=2((x12)214)+1=2(x12)212+1=2(x12)2+122x^2 - 2x + 1 = 2(x^2 - x) + 1 = 2(x^2 - x + \frac{1}{4} - \frac{1}{4}) + 1 = 2((x - \frac{1}{2})^2 - \frac{1}{4}) + 1 = 2(x - \frac{1}{2})^2 - \frac{1}{2} + 1 = 2(x - \frac{1}{2})^2 + \frac{1}{2}
2(x12)2+122(x - \frac{1}{2})^2 + \frac{1}{2} は、x=12x = \frac{1}{2} のとき最小値 12\frac{1}{2} をとります。
このとき、y=1x=112=12y = 1 - x = 1 - \frac{1}{2} = \frac{1}{2} です。
したがって、x2+y2x^2 + y^2 の最小値は 12\frac{1}{2} です。

3. 最終的な答え

12\frac{1}{2}

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