の時、の最小値は?という問題の具体的な解き方を教えてください
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文字を減らして平方完成する解法は最もシンプルで王道であり、応用も効くので理解しておくべきものです。そちらについてはほかの方によって回答されている通りですので、ここでは別の視点からの解法をご紹介します。
とおくと、
であり、
である。
このとき、
を得る。
等号成立には と が平行であることが必要であり、つまりとなる実数 が存在することが必要である。
以上より、 かつ となるのは のときであり、 で最大値 が得られる。
和を内積、 乗の和を絶対値と見ることがポイントです。
内積は つのベクトルの絶対値の積より小さい、というのはコーシー・シュワルツの不等式と同値ですが、こちらも重要ですね。
【誤】内積は つのベクトルの絶対値の積より小さい
【正】内積は つのベクトルの絶対値の積以下である
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そのほかの回答(2件)
なので、
の最小値を求めます!(普通の二変数関数の問題ですね)
に注目して平方完成すると、
さらに の方も平方完成して、
よって、 で最小値 を取ります!
蛇足ですが..
を解いて とも求められます
なので
とヘッシアンを計算でき、 と合わせればきちんと最小値を取ることがわかります;;
この解放として挙げられるのが、まず変数を減らすことに焦点を当てて、変数まで落とせたらどちらかの変数で平方完成をして、片方を定数とみることで最小値やが出す、というような方法です。実際に求めてみます。
最初に与えられた条件で変数を減らします。を消去するように考えます
変数関数に入れ込んで
という変数にできましたのでこれをについて平方完成させて
ここでわかるのが、のときに、全体の関数自体が最小値を取ることが分かります。したがっての最小値を求めることになりますね
故に、のとき最小値を取ることが示されました。残りのも出して、
以上で求まります。
質問者からのお礼コメント
大変助かりました