共通テスト(数学) 過去問
令和6年度(2024年度)追・試験
問61 (数学Ⅱ・数学B(第1問) 問7)

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問題

共通テスト(数学)試験 令和6年度(2024年度)追・試験 問61(数学Ⅱ・数学B(第1問) 問7) (訂正依頼・報告はこちら)

(2)底が異なる二つの対数について、それらの和と積の大小関係を考えよう。

(ⅰ)x>0とし
f(x)=log2x+log3x
g(x)=(log2x)・(log3x)
とおく。不等式
f(x)>g(x)  ・・・・・①
を満たすxの値の範囲を調べる。

f(x)とg(x)を、それぞれ2を底とする対数を用いて表すと
f(x)=Alog2x,g(x)=B(log2x)2
となる。ここで
A=( エ )、B=( オ )
である。
X=log2xとおくと、Xのとり得る値の範囲は実数全体である。
Xについての不等式AX>BX2を満たすXの値の範囲は
( カ )<X<( キ )
である。
よって、①を満たすxの値の範囲は
( ク )<x<( ケ )
である。

( ク )、( ケ )にあてはまるものを1つ選べ。
  • ク:1  ケ:4
  • ク:2  ケ:5
  • ク:1  ケ:6
  • ク:2  ケ:7

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この過去問の解説 (3件)

01

前問(カ)(キ)より、0< X < 1 + log23
X = log2x を代入すると、
0 < log2x < 1 + log23
1 = log22 である事に注意すると、
1+ log23 = (log22) + log23 = log2(2・3) = log26
また、0 = log21 である事にも注意すると、
log21 < log2x < log26
底 2 が 1 より大きい事にも注意して、
1 < x < 6

 

ク:1 ケ:6 の組み合わせの選択肢が本設問の解答となります。

 

 

前問(カ)(キ)

AX > BX2 ⇔ BX(X - A/B) < 0
前問(オ)より B = 1/(log23) > 0 であり、
設問(エ)より A={1 +1/(log23)}> 0 なので、
B > 0 かつ A/B > 0 となります。
よって、BX(X - A/B) < 0 となる X の範囲は、
0< X < A/B となります。
A/B = (log23){1 +1/(log23)} = (log23) + 1 です。

 

カ:0 キ:1 + log23 の組み合わせの選択肢が本設問の解答となります。

 

設問(オ)

対数の底の変換公式により、
log3x = (log2x)/(log23)
よって、
g(x) =  (log2x)・(log3x)
=(log2x)2/(log23)
同時に g(x) = B(log2x)2 なので、
B = 1/(log23)

 

設問(エ)

対数の底の変換公式により、
log3x = (log2x)/(log23)
よって、
f(x) =  log2x + log3x
= log2x + (log2x)/(log23)
=(log2x){1 +1/(log23)}
同時に問題文より f(x) = A・(log2x) なので、
A={1 +1/(log23)}

選択肢3. ク:1  ケ:6

1 = log22 および 1+ log23 = log2(2・3) = log26 から、
log21 < log2x < log26 を得るので、
1 < x < 6 となります。

 

上記解説の終わりの部分の「底 2 が 1 より大きい事にも注意」の記述については、
もし底が例えば 1/2 であったら、
log(1/2)x < log(1/2)6 は x > 6 を意味するので、
本設問では解答に影響しませんが、
念のため注意すべき事項であるという意味で記しました。 
 

まとめ

本設問は、0 < log2x < 1 + log23 を得たあとに,
x の範囲をどのように求めるかという問題です。
20 =1 である事と、
対数に関する公式 logp(ab) = logpa + logpb を使います。
(この公式は、logpa = s, logpb =t とおき、

ps = a, pt = b である事から ab = p(s + t) となり、
logp(ab) = logpp(s + t) = s + t = logpa + logpb により得られます。)

 

同じような対数の計算に慣れておきましょう。
 

設問(ア)のまとめより

t = log3x の 3 を「底(てい)」、x を「真数」(> 0)、
t を「(3を底とする x の) 対数」とそれぞれ呼びます。
上記解説のように、底を何乗すると真数になるかが対数の値となります。
例えば「3を3乗するとxになる」のであれば log3x = 3 であり、x = 27 です。
慣れないうちは具体的な値で考えて対数の式に慣れましょう。

参考になった数0

02

f(x)=log2x+log3xを2を底とする対数を用いて表します。

対数の性質より、log3x=log2x/log23と表すことができます。

f(x)=log2x+log3x

  =log2x+log2x/log23

  =(1+(1/log23))log2x

 

上記よりA=1+(1/log23)となります。

 

g(x)=(log2x)・(log3x)を2を底とする対数を用いて表します。

対数の性質より、log3x=log2x/log23と表すことができます。

g(x)=(log2x)・(log3x)

   =(log2x)・(log2x/log23)

   =(1/log23)・(log2x)2

 

上記より、B=1/log23となります。

 

X=log2xとおき、Xについての不等式AX>BX2を満たすXの値の範囲を調べます。

AX>BX2

BX2<AX

BX2-AX<0

X2-(A/B)X<0

X(XーA/B)<0

ここでA>0、B>0なのでA/B>0となります。

よって、0<X<A/Bとなります。

また、

A/B=(1(1/log23))/(1/log23

    =(1(1/log23))・(log23

    =1+log23

となるので、不等式AX>BX2を満たすXの値の範囲は0<X<1+log23となります。

 

X=log2xとおいていたので、0<log2x<1+log23となります。

対数の定義より、log22=1、log21=0となることを利用します。

0<log2x<1+log23

log21<log2x<log22+log23

対数の性質より、log22+log23=log2(2×3)となります。

log21<log2x<log26

底が1より大きいとき、対数の大小関係は真数(logaMのMのこと)の大小関係と一致するので

1<x<6

となります。

選択肢3. ク:1  ケ:6

正解の選択肢です。

まとめ

対数の大小関係を調べるときは底をそろえることがポイントです。

今回の問題では誘導通りに解けば底をそろえることができました。

また、対数の大小関係の比較について底が1より大きいときと、0より大きく1未満のときで扱いが異なるので注意しましょう。

参考になった数0

03

f(x)

=log2x+log3x

=log2x+log2x/log23

=(1+1/log23)log2x

従って

A=1+1/log23

となります。

 

g(x)

=(log2x)・(log3x)

=(log2x)・(log2x/log23)

=1/log23・(log2x)2

従って

B=1/log23

となります。

 

AX>BX2

↔BX2-AX<0

↔BX(X-A/B)<0

ここでA>0、B>0なので

0<X<A/B

↔0<X<(1+1/log23)/(1/log23)

0<X<log23+1

となります。

 

0<X<log23+1

0<log2x<log23+1

log21<log2x<log2(3・2)

1<x<6

となります。

選択肢3. ク:1  ケ:6

正解です。

まとめ

変換を戻し、同じ底にし比較していくことがpointです。

参考になった数0