2つの2次関数の大小関係が常に成り立つ条件(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/23
🔁 類題: 2つの2次関数の大小関係が常に成り立つ条件(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
$f(x)=x^2+2ax+2$,$g(x)=-x^2+2x$ とする.$0\leqq x\leqq 2$ を満たすすべての $x$ について $f(x)\geqq g(x)$ が成り立つような定数 $a$ の値の範囲を求めよ.
$h(x)=f(x)-g(x)=2x^2+2(a-1)x+2$ とおく.$0\leqq x\leqq 2$ における $h(x)$ の最小値が $0$ 以上であればよい.
\[ h(x)=2\left(x-\frac{1-a}{2}\right)^2+2-\frac{(a-1)^2}{2} \]
軸は $x=\dfrac{1-a}{2}$
(i) $\dfrac{1-a}{2}<0$ すなわち $a>1$ のとき,軸は区間の左外にあるから,最小値は $h(0)=2$ で,これは $0$ 以上であるから成り立つ.
(ii) $0\leqq\dfrac{1-a}{2}\leqq 2$ すなわち $-3\leqq a\leqq 1$ のとき,軸は区間内にあるから,最小値は $h\left(\dfrac{1-a}{2}\right)=2-\dfrac{(a-1)^2}{2}$.これが $0$ 以上となるのは $(a-1)^2\leqq 4$,すなわち $-1\leqq a\leqq 3$.$-3\leqq a\leqq 1$ との共通範囲は $-1\leqq a\leqq 1$
(iii) $\dfrac{1-a}{2}>2$ すなわち $a<-3$ のとき,軸は区間の右外にあるから,最小値は $h(2)=4a+6$.$4a+6\geqq 0$ より $a\geqq -\dfrac{3}{2}$ となり,$a<-3$ を満たすものはない.
(i)〜(iii) より,求める $a$ の値の範囲は,$a>1$ と $-1\leqq a\leqq 1$ を合わせて $a\geqq -1$
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