$x \le 0$ を満たすすべての $x$ について、不等式 $x^2 - (a+1)x + a - 2 > 0$ が成り立つような定数 $a$ の値の範囲を求める問題です。

代数学二次不等式放物線場合分け
2025/6/3

1. 問題の内容

x0x \le 0 を満たすすべての xx について、不等式 x2(a+1)x+a2>0x^2 - (a+1)x + a - 2 > 0 が成り立つような定数 aa の値の範囲を求める問題です。

2. 解き方の手順

与えられた不等式を f(x)=x2(a+1)x+a2f(x) = x^2 - (a+1)x + a - 2 とおきます。
f(x)>0f(x) > 0x0x \le 0 を満たすすべての xx について成り立つ条件を考えます。
f(x)f(x) は下に凸な放物線なので、判別式 DD を計算し、軸の位置を調べることによって条件を絞り込むことができます。
まず、判別式 DD を計算します。
D=(a+1)24(a2)=a2+2a+14a+8=a22a+9=(a1)2+8>0D = (a+1)^2 - 4(a-2) = a^2 + 2a + 1 - 4a + 8 = a^2 - 2a + 9 = (a-1)^2 + 8 > 0
判別式が常に正なので、f(x)=0f(x) = 0 は常に異なる二つの実数解を持つことがわかります。
次に、f(x)f(x) の軸の位置を求めます。軸は x=a+12x = \frac{a+1}{2} です。
場合分けをします。
(1) 軸が x0x \le 0 の範囲にある場合、つまり a+120\frac{a+1}{2} \le 0 のとき、つまり a1a \le -1 のとき
f(0)>0f(0) > 0 であれば、x0x \le 0 の範囲で f(x)>0f(x) > 0 が成り立ちます。
f(0)=a2>0f(0) = a - 2 > 0 より a>2a > 2
しかし、a1a \le -1a>2a > 2 を同時に満たす aa は存在しないので、この場合は条件を満たす aa はありません。
(2) 軸が x>0x > 0 の範囲にある場合、つまり a+12>0\frac{a+1}{2} > 0 のとき、つまり a>1a > -1 のとき
x0x \le 0 で常に f(x)>0f(x) > 0 が成り立つためには、f(0)>0f(0) > 0 である必要があります。
f(0)=a2>0f(0) = a - 2 > 0 より a>2a > 2
このとき、a>1a > -1 も満たしています。
したがって、a>2a > 2 が求める条件となります。

3. 最終的な答え

a>2a > 2

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