先生と生徒(太郎さんと花子さん)が、連立不等式 $\begin{cases} |x-2a| \ge -3 \\ |x+a-2| < 6 \end{cases}$ について考察する問題です。問題は(1)から(3)に分かれており、それぞれ空欄を埋める形式になっています。

代数学連立不等式絶対値不等式の解集合
2025/5/19

1. 問題の内容

先生と生徒(太郎さんと花子さん)が、連立不等式 {x2a3x+a2<6\begin{cases} |x-2a| \ge -3 \\ |x+a-2| < 6 \end{cases} について考察する問題です。問題は(1)から(3)に分かれており、それぞれ空欄を埋める形式になっています。

2. 解き方の手順

(1)
不等式② x+a2<6|x+a-2| < 6 において、a=0a=0 のときの解を求めます。
x2<6|x-2| < 6 より、 6<x2<6-6 < x-2 < 6 となります。各辺に 22 を足すと、 4<x<8-4 < x < 8 となります。
したがって、オカは4-4, キは88です。
次に、x=1x=1 が不等式① x2a3|x-2a| \ge -3 を満たさないような aa の値の範囲を求めます。
x=1x=1 が不等式①を満たさないということは、不等式 12a3|1-2a| \ge -3 が成り立たないということです。これは 12a<3|1-2a| < -3 を意味しますが、絶対値は常に0以上なので、 12a<3|1-2a| < -3 は起こりえません。
もう一つの考え方として、x2a3x \ge 2a-3 となることを利用します。x=1x=1 が不等式 x2a3x \ge 2a-3 を満たさないとき、1<2a31 < 2a-3 となります。
1<2a31 < 2a - 3 を解くと、4<2a4 < 2a、つまり a>2a > 2 となります。
したがって、クは < (1)、ケは > (0) となります。そして、 a>2a > 2 であり、aa の値の範囲は a>2a > 2なのでコは> (0)、サは2となります。
(2)
花子:不等式①の解を aa を含む式で表すと x2a3x \ge 2a-3 でした。
太郎:不等式②の解を aa を含む式で表すと、 a4<x<a+8-a-4 < x < -a+8 となります。
したがって、シは4、スは < (1)、セは8、ソは8です。
不等式②の解と連立不等式①、②の解が一致するとき、連立不等式①、②の解が不等式②の解に等しいので、集合 A は集合 B に含まれることを意味します。したがって、タは ABA \subset B (4)となります。このとき、A チ Bという関係が成り立ちますが、これはAはBに含まれるということなのでチは \subset (4)となります。
2a3a42a-3 \ge -a-4 かつ a+82a3-a+8 \ge 2a-3となるとき、2a3=a42a-3 = -a-4 ならば 3a=13a=-1 より a=13a = -\frac{1}{3}であり、2a3=a+82a-3 = -a+8ならば 3a=113a=11 より a=113a = \frac{11}{3}となります。
したがって、求める aa の値の範囲は aa13-\frac{1}{3}以上、かつ 113\frac{11}{3}以下となります。したがって、ツは \ge (2)、テトは -1/3、ナは 11/3となります。
(3)
ス、セはそれぞれ1, 0, 4, 4, 5のうちから選ぶ必要があるので、 ス=1(<)、セ=0(>) です。
ABA \subset Bなので、AB=A\text{A} \cap \text{B} = \text{A} よってチは1です。
ABA \subset Bなので、AB=B\text{A}\cup \text{B} = \text{B} よってツは3です。
また、 シ=-4, ソ=8, テト=-1/3, ナ=11/3です。

3. 最終的な答え

(1) オカ: -4, キ: 8
ク: 1 (<), ケ: 0 (>), コ: 0 (>), サ: 2
(2) シ: 4, ス: 1 (<), セ: 8, ソ: 8
タ: 4 (⊃), チ: 4 (⊂)
ツ: 2 (≥), テト: -1/3, ナ: 11/3
(3) ス: 1 (<), セ: 0 (>), チ: 1 (AB=A\text{A} \cap \text{B} = \text{A}), ツ: 3 (AB=B\text{A} \cup \text{B} = \text{B})
シ: -4, ソ: 8, テト: -1/3, ナ: 11/3

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