新潟大学/2025年度/前期

4新潟大学 2025年 数学 第4問解答・解説

1問題

新潟大学2025年度第4問
22つの関数f(x)=log⁡2x,f(x)=\log_{2}x,g(x)=∣x2−2x−3∣−∣x2−x∣g (x)=|{x}^{2}-2 x-3|-|{x}^{2}-x|について、それらの合成関数h(x)=(g∘f)(x)=g(f(x))h (x)=(g∘f) (x)=g (f (x))を考える。次の問いに答えよ。

(1) 116≦x≦4\dfrac{1}{16}\leqq x\leqq 4のとき、f(x)f (x)のとりうる値の範囲を求めよ。

(2) 116≦x≦4\dfrac{1}{16}\leqq x\leqq 4のとき、h(x)h (x)のとりうる値の範囲を求めよ。

(3) 関数y=h(x)y=h (x)(116≦x≦4)(\dfrac{1}{16}\leqq x\leqq 4)のグラフと直線y=1y=1の共有点の個数を求めよ。また、共有点のxx座標をすべて求めよ。

(4) aaは定数とする。関数y=h(x)y=h (x)(116≦x≦4)(\dfrac{1}{16}\leqq x\leqq 4)のグラフと直線y=ay=aが共有点をもつとき、その共有点の個数をaaの値によって場合分けして求めよ。

まずは自分で解いてみましょう。解けたら「答え」、詰まったら「解答」で確かめられます。

タイマー

15:00

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • (1)
    −4≦f(x)≦2-4\leqq f(x)\leqq2。
  • (2)
    −2≦h(x)≦4-2\leqq h(x)\leqq4。
  • (3)
    3個。x=116, 12, 4x=\dfrac{1}{16},\,\dfrac{1}{\sqrt{2}},\,4。
  • (4)
    a=−2, 4a=-2,\,4:1個。a=1a=1:3個。−2<a<4-2<a<4 かつ a≠1a\neq1:2個。(a<−2a<-2 または a>4a>4 では0個。)

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

(1)

f(x)=log⁡2xf(x)=\log_{2}x は x>0x>0 で狭義単調増加。
端点 f(116)=−4f\left(\dfrac{1}{16}\right)=-4、f(4)=2f(4)=2 より結論を得る。

(2)

t=f(x)t=f(x) とおく。−4≦t≦2-4\leqq t\leqq2 で、
g(t)={−t−3(−4≦t≦−1),−2t2+3t+3(−1≦t≦0),t+3(0≦t≦1),−2t2+3t+3(1≦t≦2) g(t)=\begin{cases}-t-3&(-4\leqq t\leqq-1),\\-2t^{2}+3t+3&(-1\leqq t\leqq0),\\t+3&(0\leqq t\leqq1),\\-2t^{2}+3t+3&(1\leqq t\leqq2)\end{cases}
となる。最初は 11 から −2-2 へ減少し、中央2区間では −2-2 から 44 へ増加し、最後は 44 から 11 へ減少する。
連続性より、値域は −2≦y≦4-2\leqq y\leqq4 となる。

(3)

g(t)=1g(t)=1 を各区間で解く。
−4≦t≦−1-4\leqq t\leqq-1 では −t−3=1-t-3=1 から t=−4t=-4。
−1≦t≦0-1\leqq t\leqq0 では −2t2+3t+3=1-2t^{2}+3t+3=1、すなわち 2t2−3t−2=(2t+1)(t−2)=02t^{2}-3t-2=(2t+1)(t-2)=0 から t=−12t=-\dfrac{1}{2}。
0≦t≦10\leqq t\leqq1 では t+3=1t+3=1 となる解はない。
1≦t≦21\leqq t\leqq2 では同じ二次方程式から t=2t=2。
x=2tx=2^{t} に戻して、x=116, 12, 4x=\dfrac{1}{16},\,\dfrac{1}{\sqrt{2}},\,4 を得る。

(4)

tt と x=2tx=2^{t} は1対1に対応するので、g(t)=ag(t)=a の解の個数を数える。
gg は次の3つの区間でそれぞれ単調に変わる。−4≦t≦−1-4\leqq t\leqq-1 で 11 から −2-2 へ、−1≦t≦1-1\leqq t\leqq1 で −2-2 から 44 へ、1≦t≦21\leqq t\leqq2 で 44 から 11 へ。
a=−2, 4a=-2,\,4 のときは、2つの区間が接する点を1個と数える。
−2<a<1-2<a<1 では左と中央の2個、a=1a=1 では左端・中央・右端の3個、1<a<41<a<4 では中央と右の2個になる。

読み終えたら解答を閉じて、もう一度自分の手で解いてみましょう。

答えと解答は AI で作成したものです。誤りに気づいたらお問い合わせから教えてください。

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