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3-4-3.二次関数の最大と最小

二次関数のグラフは、お椀をひっくり返したような「上に凸」か、お椀の形の「下に凸」のどちらかでしたね。この形のため、二次関数には最も大きい値(最大値)最も小さい値(最小値)が存在する場合があります。

どの範囲で考えるか、つまり\(x\)の変域(定義域)が指定されているかどうかで、最大値・最小値の考え方が変わります。


変域がない場合の最大値・最小値

特に\(x\)の範囲が指定されていない場合、グラフ全体で最も高い点と低い点を考えます。答えは、グラフの形(係数\(a\)の符号)だけで決まります。

下に凸のグラフ(\(y=ax^2, a>0\))

グラフは上にどこまでも開いていくので、最大値はありません。
最大値:なし
最小値:\(y=0\) (\(x=0\)のとき)

上に凸のグラフ(\(y=ax^2, a<0\))

グラフは下にどこまでも伸びていくので、最小値はありません。
最大値:\(y=0\) (\(x=0\)のとき)
最小値:なし


xの変域がある場合の最大値・最小値

「\( -1 \le x \le 2 \)」のように\(x\)の範囲が指定されている場合は、その範囲でグラフを切り取って考えます。

最大値・最小値を見つける手順

グラフをかき、指定された\(x\)の変域の範囲だけを切り取って、その中で一番高いところ(最大値)と一番低いところ(最小値)を探す!

例題

関数 \(y=x^2\) について、\(x\)の変域が \(-2 \le x \le 3\) のときの、\(y\)の最大値と最小値を求めなさい。


【考え方】
グラフをかいて、\(x\)が-2から3までの範囲を切り取ってみます。

① 最小値を探す
切り取られた範囲に、グラフの頂点(原点(0,0))が含まれています。放物線の一番低い点は頂点なので、最小値は頂点のy座標になります。
よって、最小値は 0 ( \(x=0\) のとき )。

② 最大値を探す
切り取られた範囲で、一番高い点を探します。それは、変域の両端である \(x=-2\) の点か \(x=3\) の点のどちらかです。それぞれのyの値を計算して比べます。
・\(x=-2\) のとき、\(y=(-2)^2 = 4\)
・\(x=3\) のとき、\(y=3^2 = 9\)
\(9\) の方が大きいので、最大値は 9 ( \(x=3\) のとき )。

答え:最大値 9, 最小値 0


理解度チェック

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