区間が動く3次関数の最大値(B)
★★★★☆☆☆(地方国立・MARCH) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 区間が動く3次関数の最大値(A) (★★★★☆☆☆(地方国立・MARCH))
問題
$a>0$ とする.関数 $f(x)=-x^3+3x^2$ の $0\leqq x\leqq a$ における最大値 $M(a)$ と最小値 $m(a)$ を求めよ.
$f'(x)=-3x^2+6x=-3x(x-2)$.$x\geqq 0$ において,$f(x)$ は $0\leqq x\leqq 2$ で増加し,$x\geqq 2$ で減少する.$f(0)=0$,$f(2)=4$.また $f(x)=x^2(3-x)$ より,$f(x)=0$ となるのは $x=0,\ 3$(下図).
最大値:$0<a\leqq 2$ のとき $M(a)=f(a)=-a^3+3a^2$;$a\geqq 2$ のとき $M(a)=f(2)=4$
最小値:$0\leqq x\leqq a$ において,$f(x)$ は増加するか,増加したあと減少するから,最小値は区間の両端の値 $f(0)=0$ と $f(a)$ の小さい方である.$0<a\leqq 3$ のとき $f(a)\geqq 0$ で $m(a)=0$;$a>3$ のとき $f(a)<0$ で $m(a)=-a^3+3a^2$
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