No.05 連立方程式と不等式

Prime-Quest 自動ジャッジ 難易度: 数学 > 高校数学
2024年2月4日19:00 正解数: 1 / 解答数: 2 (正答率: 50%) ギブアップ数: 0

問題

次の実数 $a,b,c$ に対し,つねに $|ax+by|\leqq |c|$ となる実数 $x,y$ の和の値域幅を求めよ.

  • $p,q$ の連立方程式 $ap+bq=c,\ (b-c)p+(c+a)q=a+7b$ は解を複数個もつ.

解説

まず,方程式の一方が $0p+0q=0$ の形なら他方も同じ形になり,それ以外は係数比の一致から以下のように表せる.$$ka=b-c,\quad kb=c+a,\quad kc=a+7b\quad (k\neq 0)$$ ここで,$k(a+b)=a+b$ から $k=1$ のとき,$a=b-c=c-7b$ より $c=4b,\ a=-\,3b$ であり,$a=-\,b$ のとき,$b:c=(c-b):6b$ を整理して $c=-\,2b,3b$ を得る.よって,実数 $a,b,c$ の比は $(-\,3,1,4),(1,-\,1,2),(-\,1,1,3)$ に絞られて,$3x-y=r,\ x-y=s$ とおくと,$|r|\leqq 4,\ |s|\leqq 2$ より $x+y=r-2s$ の値域幅は $8+8=\boldsymbol{16}$ となる.

参考

$xy$ 平面の平行四辺形 $|3x-y|\leqq 4,\ |x-y|\leqq 2$ と直線 $x+y=t$ が共有点をもつ条件からも $-\,8\leqq t\leqq 8$ を導ける.

また,その四辺形は原点対称かつ二頂点が $(1,-\,1),(3,5)$ であり,$rs$ 平面の長方形 $|r|\leqq 4,\ |s|\leqq 2$ に写した面積比は $\dfrac{8\cdot 4}{2|5+3|}=2$ より線形変換 $\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}\mapsto\begin{pmatrix} r \\ s \end{pmatrix}$ の行列 $A=\begin{pmatrix} 3 & -\,1 \\ 1 & -\,1 \end{pmatrix}$ における $|\det A|$ の値と一致することがわかる.


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123
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$$
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$$
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を$A_0$とし、$A_0$の$n-1$個の$<$のうち$k$個が$≦$に置き換わったものの一つを$A_k$とします。

ここで、$A_k$をみたす正整数$(a_1,a_2...a_n)$の組の総数を$N_k$とするとき、$N_0+N_1+...+N_{n-1}$を$n$を用いて表してください。

解答形式

$C$(コンビネーション記号)を用いて、$aCb$の形で表すことができるので、$a,b$の間に半角スペースを入力して、$a$ $b$を半角英数字で入力してください。
追記:ただし、$b$は$2$つの値が考えられるので、小さい方を入力してください。
例)$nC2→n$ $2,2nCn→2n$ $n$

※初めの解答では指定がなく間違い判定になった方がいたので修正させていただきました、、

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$$
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$$

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              図1

              図2

解答形式

四捨五入して整数で答えてください。
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解答形式

半角数字で入力してください。
例)10

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問題文中に抜けている箇所があったので訂正しました。ご指摘ありがとうございました。