2次関数で、定義域を定めてからその範囲内で、最大値と最小値を求めさせる問題は、高校入試でも最もよく出される問題だ。
なぜ、最大値と最小値を求めるのか??
学校の数学担任に聞いてみるとよい。
これは
①定義域内で最大値最小値を持つ⇒②最大値最小値が特定されるので、確かに最大値最小値が存在することが証明される⇒③ロルの定理⇒④平均値の定理と繋がる。
②を「最大値最小値の存在定理」と呼ぶが、これは高校数学最重要定理である④「平均値の定理」の前提条件となっている。
中学数学と高校数学の本道は「微積分学」で、高校で学ぶ微積分の中で最も重要な定理は「平均値の定理」である。
「平均値」とは中学で学ぶ「変化の割合」のことで、正式には「平均変化率」と呼ぶ。
「平均値の定理」はさぞ難しい定理だと思うかもしれないが、これを最初に聞いた高校生は皆「そんなの当たり前じゃん。」と感じるほど簡単だ。
「平均値の定理」を中学生用に簡単に説明すると
2次関数を例にとると、「変化の割合」は2次関数と交わる1次関数の直線の傾きの事で、その交点間の変化の割合に等しい。
この直線の傾きと全く等しい傾きを持つ接線が、この2次関数の上に必ず1本ある。
グラフで描くと、変化の割合を示す1次関数とその接線は平行線として現れる。
ただこれだけだ。
3次関数なら2本、4次関数なら3本ある。
この本数はそれぞれの関数の極大値極小値の数と一致している。
この場合、極大値と極小値は最大値最小値と一致している。
実際に描いてみると「なんだ。当たり前じゃん。」となる。
実際に2次関数や3次関数を描いて、変化の割合を直線で記入しそれと並行の接線を引いてみよう!!
大学入試共通テストの数学には、1次関数、2次関数、3次関数のグラフが並べて出てくる。
このうちの2つは中学の内容だ。
今の内に、しっかり理解しておこう!!