解決済み
Rarara

1993年京大前期の問題の方針を教えていただきたいです。

いつも利用しているサイトに答えがなかったので、答えの確認が出来ず困っています(そもそも私自身解けていない)。

方針だけでもいいので教えていただきたいです。

以下、私が試したことです。

①整式であることを一般的に於いてみる→c=1の場合がどうしようもなかった

②両辺微分→何も見えず挫折(もしかしたら一致の定理など試す価値あるかも、挫折)

①が有用な方針かと思いました。

補足

全然わからないのでお願いします!!!

回答 1件

ベストアンサー

ontama_udon

有用な方針は質問者さんの言う通り①だと思います。下の解答ではc=1c=1の場合を背理法を使って処理しています。簡単のために微分していますが微分しなくてもできます。



(解答)

両辺微分する。

f(x+1)−f(x)=cf′(x)⋯➀f(x+1)-f(x)=cf'(x)\cdots➀

nを2以上の自然数として、f(x)がn次多項式であると仮定すると、nを2以上の自然数として、f(x)がn次多項式であると仮定すると、

f(x)=anxn+an−1xn−1+⋯+a0f(x)=a_nx^n+a_{n-1}x^{n-1}+\cdots+a_0と書ける。(an≠0)(a_n \neq 0)


cf′(x)=c(nanxn−1+(n−1)an−1xn−2+⋯+a1)cf'(x)=c(na_nx^{n-1}+(n-1)a_{n-1}x^{n-2}+\cdots+a_1)


f(x+1)−f(x)f(x+1)-f(x)

=an(x+1)n+an−1(x+1)n−1+⋯+a0=a_n(x+1)^n+a_{n-1}(x+1)^{n-1}+\cdots+a_0

           −anxn−an−1xn−1−⋯−a0-a_nx^n-a_{n-1}x^{n-1}-\cdots-a_0

二項定理より、

n次の係数:0n次の係数:0

n−1次の係数:nann-1次の係数:na_n

n−2次の係数:12n(n−1)an+(n−1)an−1n-2次の係数:\frac{1}{2}n(n-1)a_n+(n-1)a_{n-1}

を得る。


➀➀は恒等式であるから、各次数の係数は等しくなる。

0=00=0

nan=cnan⋯②na_n=cna_n\cdots②

12n(n−1)an+(n−1)an−1=c(n−1)an−1⋯③\frac{1}{2}n(n-1)a_n+(n-1)a_{n-1}=c(n-1)a_{n-1}\cdots③


②及びan≠0より、c=1となるが、③より12n(n−1)an=0、②及びa_n \neq 0より、c=1となるが、③より\frac{1}{2}n(n-1)a_n=0、

an=0となり、an≠0に矛盾する。a_n=0となり、a_n \neq 0に矛盾する。


背理法により、f(x)は高々1次の多項式であることがわかる。f(x)は高々1次の多項式であることがわかる。

このことから、f(x)=ax+bと置くことができ、問題の式に代入すると、f(x)=ax+bと置くことができ、問題の式に代入すると、

∫xx+1(at+b)dt=c(ax+b)\int^{x+1}_x(at+b)dt=c(ax+b)

ax+a2+b=cax+cbax+\frac{a}{2}+b=cax+cb

これが恒等式となるのは、

a=caかつa+2b=2cba=caかつa+2b=2cb

ここでa≠0と仮定すると、ここでa \neq 0 と仮定すると、

c=1かつa+2b=2bc=1かつa+2b=2b

a=0となるため矛盾が生じる。a=0となるため矛盾が生じる。

よって、a=0よって、a=0

f(x)=b(定数)f(x)=b(定数)である。🔳



最後のa=0a=0の証明にも背理法を使いましたが、このくらいなら2回目の背理法何て使わずに場合分けをしたほうが分かりやすかったかもしれません。

  • Rarara
    お礼

    ありがとうございます!!n-2次の項を洗い出せばよかったのですね。。。悔しいですが勉強になりました。

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