解答を見て「わからない」と思ったところはありましたか?
1 \(|x-1|+|x-3|\) は,\(x\) が \(1\) と \(3\) の間にあるとき最小となり,その最小値は \(2\) である。
2 したがって,\(|x-1|+|x-3|≦k\) が解をもつためには,3\(k≧2\) であることが必要十分である。
答え:\(k≧2\)
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\(|x-1|+|x-3|\) は,\(x\) が \(1\) と \(3\) の間にあるとき最小となり,その最小値は \(2\) である。
したがって,\(|x-1|+|x-3|≦k\) が解をもつためには
\(k≧2\) であることが必要十分である。
この問題は、「この不等式が成り立つ \(x\) が、1つでも存在するためには、\(k\) はどのくらいの大きさでなければならないか」を考える問題です。
まず、\(|x−1|\) と \(|x−3|\) の意味を確認します。
- \(|x−1|\) は「\(x\) と \(1\) の距離」
- \(|x−3|\) は「\(x\) と \(3\) の距離」
したがって、\(|x−1|+|x−3|\) は「\(x\) から \(1\) までの距離」と「\(x\) から \(3\) までの距離」の合計です。
次に、この距離の合計がどれくらい小さくなれるかを考えます。
数直線上で、\(1\) と \(3\) の間の距離は \(3−1 = 2\) です。
\(x\) を \(1\) と \(3\) の間に置くと、
になるため、距離の合計はちょうど \(2\) になります。
一方、\(x\) を \(1\) と \(3\) の外に置くと、
- \(x\) が \(1\) より左にある場合:\(x\) ─ 1 ─ 3
- \(x\) が \(3\) より右にある場合:1 ─ 3 ─ \(x\)
のようになり、距離の合計は \(2\) より大きくなります。
つまり、\(|x−1|+|x−3|\) は、どんな \(x\) に対しても \(2\) より小さくなることはありません。
ここで、不等式 \(|x−1|+|x−3|≦k\) を考えます。
左辺は最小でも \(2\) なので、\(k\) が \(2\) より小さいと、この不等式を満たす \(x\) は存在しません。
一方、\(k\) が \(2\) 以上であれば、左辺が \(2\) になる \(x\)(例えば \(x = 2\))があるため、不等式を満たす \(x\) が存在します。
数学で「解をもつ」「解が存在する」と言うときは、条件を満たす \(x\) が、少なくとも \(1\) つあるという意味です。
したがって、この不等式が解をもつための条件は、\(k\) が \(2\) 以上であることです。
答え:\(k≧2\)
