$a$ を定数として、2次関数 $y = x^2 - 4x + 2$ の $a \leq x \leq a+2$ における最小値を求める問題です。

代数学二次関数最大最小平方完成場合分け
2025/6/22

1. 問題の内容

aa を定数として、2次関数 y=x24x+2y = x^2 - 4x + 2axa+2a \leq x \leq a+2 における最小値を求める問題です。

2. 解き方の手順

まず、与えられた2次関数を平方完成します。
y=x24x+2=(x2)22y = x^2 - 4x + 2 = (x - 2)^2 - 2
この関数の軸は x=2x = 2 で、下に凸な放物線です。
次に、定義域 axa+2a \leq x \leq a+2 と軸 x=2x=2 の位置関係によって場合分けをします。
(1) a+2<2a + 2 < 2 のとき(つまり a<0a < 0 のとき)
定義域は軸よりも左側にあります。したがって、x=a+2x = a + 2 で最小値をとります。
y=(a+2)24(a+2)+2=a2+4a+44a8+2=a22y = (a + 2)^2 - 4(a + 2) + 2 = a^2 + 4a + 4 - 4a - 8 + 2 = a^2 - 2
(2) a2a+2a \leq 2 \leq a + 2 のとき(つまり 0a20 \leq a \leq 2 のとき)
軸が定義域に含まれています。したがって、x=2x = 2 で最小値をとります。
y=(22)22=2y = (2 - 2)^2 - 2 = -2
(3) a>2a > 2 のとき
定義域は軸よりも右側にあります。したがって、x=ax = a で最小値をとります。
y=a24a+2y = a^2 - 4a + 2

3. 最終的な答え

a<0 a < 0 のとき、最小値は a22a^2 - 2
0a20 \leq a \leq 2 のとき、最小値は 2-2
a>2a > 2 のとき、最小値は a24a+2a^2 - 4a + 2

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