MathLabs

第1問

実数の範囲で x+y+z=a,x2+y2+z2=b2,xy=z2x+y+z=a,\quad x^2+y^2+z^2=b^2,\quad xy=z^2 を解け。x,y,zx,y,z が互いに異なる正数となるための aa と bb の必要十分条件を求めよ。
ステップ 3/3: x,y と正性条件を得る
ざっくり言うと

許される z ごとに x,y は一つの二次方程式の二根であり、判別式が実数性と相異性を決める。

x,y=a−z±a2−2az−3z22,a2−2az−3z2≥0x,y=\frac{a-z\pm\sqrt{a^2-2az-3z^2}}{2},\qquad a^2-2az-3z^2\ge0
詳しい解説

ステップ2の各 z に対し、x,y は t2−(a−z)t+z2=0t^2-(a-z)t+z^2=0 の根なので表示式を得る。第二の不等式は x,y が実数となる条件そのものである。これで全ての実数解をパラメータ表示できる(a=b=0a=b=0 の零解も含む)。x,y,z が相異なる正数であることを求めるなら、正性から a>0a>0、∣b∣<a|b|<a、相異性からさらに 3b2−a2>03b^2-a^2>0。従って必要十分条件は a>0a>0 かつ a/3<∣b∣<aa/\sqrt3<|b|<a である。