導関数を含む等式を満たす多項式(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 導関数を含む等式を満たす多項式(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
多項式 $f(x)$ が,すべての $x$ について $xf'(x)=3f(x)+4x-6$ を満たし,$f(1)=1$ である.$f(x)$ を求めよ.
$f(x)$ が定数 $d$ のとき,$0=3d+4x-6$ となり $x$ の係数が一致しないので不適.
$f(x)$ の次数を $n\ (\geqq 1)$,最高次の係数を $p\ (\neq 0)$ とする.$n\geqq 2$ のとき両辺の $x^n$ の係数を比較すると $np=3p$ で,$n=3$.
(i) $n=1$ のとき,$f(x)=px+q$ とおくと $px=3px+3q+4x-6$ より $p=-2$,$q=2$.$f(x)=-2x+2$ となるが $f(1)=0\neq 1$ で不適.
(ii) $n=3$ のとき,$f(x)=ax^3+bx^2+cx+d$ とおくと
\[ 3ax^3+2bx^2+cx=3ax^3+3bx^2+(3c+4)x+3d-6 \]
係数を比較して $2b=3b$,$c=3c+4$,$0=3d-6$ より $b=0$,$c=-2$,$d=2$($a$ は任意).
$f(1)=a-2+2=1$ より $a=1$.よって $f(x)=x^3-2x+2$
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