【高1数学】実数 x, y について x^2+y^2+2x-6y+10 の最小値は?一瞬で終わる平方完成?

今日の1問

今日の1問は、「一瞬で終わる?」高1数学です。
複雑そうな式でも、平方完成で見通しがよくなります♪

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今日の問題

実数 x, y について、x2 + y2 + 2x − 6y + 10 の最小値を求めよ。

実数x,yについて、x2+y2+2x-6y+10の最小値を求める問題の図

まずヒント

x だけの部分と、y だけの部分に分けて考えます。

それぞれを「( )2」の形に直してみましょう。定数の 10 の使い道もポイントです。

解き方

ステップ1 x と y に分ける

x2 + 2x と、y2 − 6y に分けます。

ステップ2 それぞれ平方完成する

x2 + 2x = (x + 1)2 − 1
y2 − 6y = (y − 3)2 − 9

ステップ3 まとめる

与式 = (x + 1)2 − 1 + (y − 3)2 − 9 + 10 = (x + 1)2 + (y − 3)2

ステップ4 最小値を考える

2乗は 0 以上なので、(x + 1)2 + (y − 3)2 は 0 以上です。x = −1、y = 3 のとき、ちょうど 0 になります。

答え

0

x = −1、y = 3 のとき、最小値 0 をとります。

ひらめきで解く方法

定数の 10 は、1 + 9 に分けられます。x の分の 1 と、y の分の 9 がぴったり使われるので、きれいに2乗の和になります。

「2乗の和」の形にできたら、最小値は 0 だとすぐ分かります。

間違えやすいところ

  • 平方完成で引いた 1 と 9 を、定数の 10 と合わせ忘れない
  • 最小値 0 をとるときの x, y の値(x = −1、y = 3)も確かめる
  • x と y は別々に動かせるので、それぞれを最小にすれば全体も最小になる

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