不等式 $|x - \frac{a}{6}| \le \frac{a}{6}$ (①とする)を解き、さらに、不等式①と $k \le x \le k+3$ を同時に満たす整数 $x$ がちょうど2個存在するような定数 $k$ の値の範囲を求める。

代数学不等式絶対値整数解数直線
2025/5/30

1. 問題の内容

不等式 xa6a6|x - \frac{a}{6}| \le \frac{a}{6} (①とする)を解き、さらに、不等式①と kxk+3k \le x \le k+3 を同時に満たす整数 xx がちょうど2個存在するような定数 kk の値の範囲を求める。

2. 解き方の手順

まず、不等式①を解きます。絶対値の性質から、
a6xa6a6-\frac{a}{6} \le x - \frac{a}{6} \le \frac{a}{6}
各辺に a6\frac{a}{6} を加えると、
0xa30 \le x \le \frac{a}{3}
したがって、不等式①の解は、0xa30 \le x \le \frac{a}{3} です。
次に、0xa30 \le x \le \frac{a}{3}kxk+3k \le x \le k+3 を満たす整数 xx がちょうど2個となる条件を考えます。
この条件を満たす整数 xxx=0,1x=0, 1 または x=1,2x=1, 2 または x=2,3x=2, 3, \dots などが考えられます。
不等式①の解 xx は、kxk+3k \le x \le k+3 を満たしているので、
kxk+3k \le x \le k+3
0xa30 \le x \le \frac{a}{3}
この連立不等式を満たす整数 xx がちょうど2個である条件を考えます。整数 xx が2個なので、その2つの整数を nnn+1n+1 と置くと(nnは整数)
kn<n+1k+3k \le n < n+1 \le k+3
0n<n+1a30 \le n < n+1 \le \frac{a}{3}
nkn+1n \le k \le n+1とすると,nnn+1n+1は必ずkxk+3k \le x \le k+3を満たす.整数解が2個であるためには,n1n-1は解ではなく,n+2n+2は解でないことが必要になる.
つまり、n1<kn-1 < k かつ k+3<n+2k+3 < n+2を満たす必要がある.
不等式①を満たす整数xがちょうど2個であるためには,nnn+1n+1だけが解であり,n1n-1n+2n+2は解でない必要がある.
この時,
n<kn+1n < k \le n+1
n+1<a3n+2n+1 < \frac{a}{3} \le n+2
または
n1<knn-1 < k \le n
n<a3n+1n < \frac{a}{3} \le n+1
である必要があります.
問題文に具体的な数値が与えられていないため、これ以上は解くことができません。

3. 最終的な答え

問題文に具体的な数値が与えられていないため、答えは上記の内容までとなります。
具体的なaaの値とkkに関する不等式がないと、kkの値の範囲は定まりません。

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