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【新課程】東京書籍:Advanced数学Ⅱ[701]

このページは、東京書籍:Advanced数学Ⅱ[701]
 4章 指数関数・対数関数
教科書の復習から入試の入門まで|数学入門問題精講
旺文社の入門問題精講シリーズの紹介高校生の皆さん、数学の勉強に困ったことはありませんか?教科書の内容...

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Advanced数学Ⅱ 1章 方程式・式と証明
Advanced数学Ⅱ 2章 図形と方程式
Advanced数学Ⅱ 3章 三角関数
Advanced数学Ⅱ 4章 指数関数・対数関数
Advanced数学Ⅱ 5章 微分と積分

 



4章 指数関数・対数関数

1節 指数関数

p.158 問1\({\small (1)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,5\,}\)  \({\small (2)}~1\)  \({\small (3)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,100\,}\)  \({\small (4)}~-\displaystyle \frac{\,1\,}{\,64\,}\)


解法のPoint|0や負の整数の指数
p.158 問2\({\small (1)}~a^{-1}\)  \({\small (2)}~a^0\)  \({\small (3)}~a^{-5}\)  \({\small (4)}~a^{-17}\)


解法のPoint|0や負の整数の指数
p.159 問3\({\small (1)}~a^3\)  \({\small (2)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,x^4\,}\)  \({\small (3)}~\displaystyle \frac{\,b^8\,}{\,a^6\,}\)  \({\small (4)}~x^{10}y^{15}\)


解法のPoint|指数法則を用いた計算
p.160 問4\({\small (1)}~5\)  \({\small (2)}~-5\)  \({\small (3)}~4\)  \({\small (4)}~-3\)


解法のPoint|累乗根で表された数
p.161 問5\({\small (1)}~\)[証明] \(\left({\sqrt[\large n]{a}}\right)^m=x\) とすると、
  \(x^n\)
 \(=\left\{\left({\sqrt[\large n]{a}}\right)^m\right\}^n\)
 \(=\left\{\left({\sqrt[\large n]{a}}\right)^n\right\}^m\)
 \(=a^m\)
ここで、\(x \gt 0\) であり、\(x\) は \(a^m\) の正の \(n\) 乗根であるので、
 \(x=\sqrt[\large n]{a^m}\)
したがって、
 \(\left({\sqrt[\large n]{a}}\right)^m=\sqrt[\large n]{a^m}\) [終]
 
\({\small (2)}~\)[証明] \(\sqrt[\large m]{\sqrt[\large n]{a}}=x\) とすると、
  \(x^{mn}\)
 \(=(\sqrt[\large m]{\sqrt[\large n]{a}})^{mn}\)
 \(=\left\{(\sqrt[\large m]{\sqrt[\large n]{a}})^m\right\}^n\)
 \(=(\sqrt[\large n]{a})^n\)
 \(=a\)
ここで、\(x \gt 0\) であり、\(x\) は \(a\) の正の \(mn\) 乗根であるので、
 \(x=\sqrt[\large mn]{a}\)
したがって、
 \(\sqrt[\large m]{\sqrt[\large n]{a}}=\sqrt[\large mn]{a}\) [終]


解法のPoint|累乗根の性質と式の計算
p.161 問6\({\small (1)}~10\)  \({\small (2)}~2\)  \({\small (3)}~\sqrt{6}\)  \({\small (4)}~2\sqrt[\large 3]{2}\)


解法のPoint|累乗根の性質と式の計算
p.162 問7\({\small (1)}~2\)  \({\small (2)}~81\)  \({\small (3)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,6\,}\)  \({\small (4)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,25\,}\)


解法のPoint|有理数(分数)が指数である累乗
p.162 問8\({\small (1)}~a^{\frac{1}{5}}\)  \({\small (2)}~a^{\frac{5}{3}}\)  \({\small (3)}~a^{-\frac{3}{2}}\)  \({\small (4)}~a^{-\frac{7}{3}}\)


解法のPoint|有理数(分数)が指数である累乗
p.163 問9\({\small (1)}~7\)  \({\small (2)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\)  \({\small (3)}~\displaystyle \frac{\,5\,}{\,3\,}\)


解法のPoint|有理数が指数の指数法則の計算
p.163 問10\({\small (1)}~\sqrt[\large 8]{a}\)  \({\small (2)}~\sqrt{b}\)


解法のPoint|有理数が指数の指数法則の計算
p.164 問11\(~~~2^{-\frac{5}{2}}=\displaystyle \frac{\,\sqrt{2}\,}{\,8\,}{\small ~≒~}0.18\)  \(~~~2^{\frac{5}{2}}=4\sqrt{2}{\small ~≒~}5.66\)


解法のPoint|指数関数のグラフ
p.166 問14\({\small (1)}~\sqrt[\large 3]{9} \lt \sqrt[\large 7]{283} \lt \sqrt[\large 5]{81}\)


\({\small (2)}~\sqrt[\large 4]{\displaystyle \frac{\,1\,}{\,8\,}} \lt \sqrt[\large 3]{\displaystyle \frac{\,1\,}{\,4\,}} \lt \sqrt{\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}}\)


解法のPoint|指数関数の大小比較
p.167 問15\({\small (1)}~\)

\(\begin{array}{c|ccccccc}
x & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 \\
\hline
f(x) & 490 & 640 & 810 & 1000 & 1210 & 1440 & 1690 \\
\hline
g(x) & 128 & 256 & 512 & 1024 & 2048 & 4096 & 8192
\end{array}\)

\({\small (2)}~\)

\(\begin{array}{c|cccccc}
x & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 \\
\hline
f(x+1)-f(x) & 150 & 170 & 190 & 210 & 230 & 250 \\
\hline
g(x+1)-g(x) & 128 & 256 & 512 & 1024 & 2048 & 4096
\end{array}\)

解法のPoint|指数関数の大小比較
p.168 問16\({\small (1)}~x=\displaystyle \frac{\,2\,}{\,3\,}\)  \({\small (2)}~x=-2\)  \({\small (3)}~x=\displaystyle \frac{\,6\,}{\,7\,}\)


解法のPoint|指数関数を含む方程式
p.168 問17\({\small (1)}~x=0\)  \({\small (2)}~x=-1~,~2\)


解法のPoint|指数関数を含む2次方程式・2次不等式
p.169 問17\({\small (1)}~x \lt \displaystyle \frac{\,4\,}{\,3\,}\)


解法のPoint|指数関数を含む不等式


\({\small (2)}~x \gt 0\)


解法のPoint|指数関数を含む2次方程式・2次不等式

 



問題

p.170 問題 1\({\small (1)}~\) \(384\)  \({\small (2)}~\) \(100\)


解法のPoint|指数法則を用いた計算
p.170 問題 2\({\small (1)}~\) \(a^2\)  \({\small (2)}~\) \(\displaystyle \frac{\,1\,}{\,x^3\,}\)


解法のPoint|指数法則を用いた計算
p.170 問題 3\({\small (1)}~\) \(7\)  \({\small (2)}~\) \(2\)  \({\small (3)}~\) \(\displaystyle \frac{\,4\,}{\,3\,}\)  \({\small (4)}~\) \(12\)


解法のPoint|有理数が指数の指数法則の計算
p.170 問題 4\({\small (1)}~\) \(\sqrt{a}\)


解法のPoint|有理数が指数の指数法則の計算


\({\small (2)}~\) \(a-b\)  \({\small (3)}~\) \(a-b\)


■ この問題の詳しい解説はこちら!
p.170 問題 5 \(\sqrt{2} \lt \sqrt[3]{3}\)


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p.170 問題 6\({\small (1)}~\)\(y=2^x\) のグラフを \(x\) 軸方向に \(1\) だけ平行移動したグラフ


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\({\small (2)}~\)\(y=2^x\) のグラフを \(y\) 軸で対称移動させて、\(y\) 軸方向に \(1\) だけ平行移動したグラフ


■ この問題の詳しい解説はこちら!
p.170 問題 7\({\small (1)}~\) \(9^{\large \frac{1}{3}} \lt \sqrt[4]{27} \lt \sqrt[6]{3^5}\)


\({\small (2)}~\) \(\sqrt[3]{2} \lt \sqrt[8]{8} \lt \sqrt[5]{4} \lt \sqrt[9]{16} \lt \sqrt{2}\)


解法のPoint|指数関数の大小比較
p.170 問題 8\({\small (1)}~\) \(x=-\displaystyle \frac{\,3\,}{\,2\,}\)  \({\small (2)}~\) \(x=-1\)


解法のPoint|指数関数を含む2次方程式・2次不等式
p.170 問題 9\({\small (1)}~\) \(0 \lt x \lt 3\)


解法のPoint|指数関数を含む不等式


\({\small (2)}~\) \(x{\small ~≧~}2\)  \({\small (3)}~\) \(x{\small ~≧~}-1\)


解法のPoint|指数関数を含む2次方程式・2次不等式

 



2節 対数関数

p.172 問1\(~~~\log_{2}{3}~,~\log_{2}{4}~,~\log_{2}{5}\)


解法のPoint|対数の定義と指数への変換
p.172 問2\({\small (1)}~\log_{3}9=2\)  \({\small (2)}~\log_{5}125=3\)


\({\small (3)}~\log_{2}\displaystyle \frac{\,1\,}{\,4\,}=-2\)


解法のPoint|対数の定義と指数への変換
p.172 問3\({\small (1)}~3^4=81\)  \({\small (2)}~25^{\frac{1}{2}}=5\)  \({\small (3)}~2^{-4}=\displaystyle \frac{\,1\,}{\,16\,}\)


解法のPoint|対数の定義と指数への変換
p.173 問4\({\small (1)}~2\)  \({\small (2)}~0\)  \({\small (3)}~1\)


解法のPoint|対数の式の値
p.173 問5\(\log_{a}M=p~,~\log_{a}N=q\) とすると、
 \(M=a^p~,~N=a^q\)
\(N\neq0\) より、
 \(\displaystyle \frac{\,M\,}{\,N\,}=\displaystyle \frac{\,a^p\,}{\,a^q\,}=a^{p-q}\)
対数の定義より、
 \(\log_{a}\displaystyle \frac{\,M\,}{\,N\,}=p-q\)
したがって、
 \(\log_{a}\displaystyle \frac{\,M\,}{\,N\,}=\log_{a}M-\log_{a}N\) [終]


解法のPoint|対数の性質と和・差の計算
p.173 問6[証明]\(~~~\log_{a}\displaystyle \frac{\,1\,}{\,N\,}=\log_{a}{1}-\log_{a}{N}\)
\(\log_{a}{1}=0\) より、\(~~~\log_{a}\displaystyle \frac{\,1\,}{\,N\,}=-\log_{a}{N}\)
[終]
 
[証明]\(~~~\log_{a}{\sqrt[\large n]{M}}=\log_{a}{M^{\frac{1}{n}}}\)
したがって、\(~~~\log_{a}{\sqrt[\large n]{M}}=\displaystyle \frac{\,1\,}{\,n\,}\log_{a}{M}\)
[終]


解法のPoint|対数の性質と和・差の計算
p.174 問7\({\small (1)}~2\)  \({\small (2)}~3\)  \({\small (3)}~-1\)  \({\small (4)}~-\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\)


解法のPoint|対数の性質と和・差の計算
p.174 問8\({\small (1)}~-3p-2q\)  \({\small (2)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}(q-1)\)  \({\small (3)}~-2p+q+2\)


解法のPoint|対数の式を文字で表す
p.175 問9\({\small (1)}~\displaystyle \frac{\,4\,}{\,3\,}\)  \({\small (2)}~\displaystyle \frac{\,3\,}{\,4\,}\)  \({\small (3)}~-\displaystyle \frac{\,5\,}{\,2\,}\)


解法のPoint|底の変換公式を用いた計算
p.175 問10\({\small (1)}~-2\)  \({\small (2)}~2\)  \({\small (3)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}\)


解法のPoint|底の変換公式を用いた計算
p.178 問12\(x\) 軸で対称


解法のPoint|対数関数のグラフ
p.178 問13\({\small (1)}~\log_{4}\sqrt{7} \lt \log_{4}\sqrt{8} \lt \log_{4}3\)


\({\small (2)}~\log_{0.5}5 \lt \log_{0.5}2 \lt \log_{0.5}0.1\)


解法のPoint|対数関数の大小比較
p.179 問14\({\small (1)}~x=11\)  \({\small (2)}~x=-\displaystyle \frac{\,8\,}{\,9\,}\)


解法のPoint|対数関数を含む方程式
p.179 問15\({\small (1)}~x=5\)  \({\small (2)}~x=1\)


解法のPoint|2つの対数関数を含む方程式
p.180 問17\({\small (1)}~-2 \lt x{\small ~≦~}7\)  \({\small (2)}~x \lt -6\)


解法のPoint|対数関数を含む不等式
p.180 問18\({\small (1)}~4 \lt x \lt 8\)  \({\small (2)}~1 \lt x{\small ~≦~}3\)


解法のPoint|2つの対数関数を含む不等式
p.181 問19 \(x=8\) で最大値 \(0\)
 \(x=2\) で最小値 \(-4\)


解法のPoint|対数関数を含む関数の最大値・最小値
p.183 問22 小数第 \(10\) 位


解法のPoint|常用対数と小数第何位

 



問題

p.184 問題 10\({\small (1)}~\) \(-3\)  \({\small (2)}~\) \(-\displaystyle \frac{\,2\,}{\,3\,}\)  \({\small (3)}~\) \(-4\)


解法のPoint|対数の式の値
p.184 問題 11\({\small (1)}~\) \(3\)  \({\small (2)}~\) \(\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\)  \({\small (3)}~\) \(4\)


解法のPoint|対数の性質と和・差の計算


\({\small (4)}~\) \(\displaystyle \frac{\,8\,}{\,3\,}\)  \({\small (5)}~\) \(5\)


解法のPoint|底の変換公式を用いた計算
p.184 問題 12\({\small (1)}~\) \(\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(p+2q)\)  \({\small (2)}~\) \(\displaystyle \frac{\,1-p\,}{\,3p+q\,}\)


\({\small (3)}~\) \(\displaystyle \frac{\,2(2p+q)\,}{\,1-p\,}\)


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p.184 問題 13\({\small (1)}~\) \(y=\log_{3}9x\) は、\(y=\log_{3}x\) のグラフを \(y\) 軸方向に \(2\) だけ平行移動したグラフ


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\({\small (2)}~\) \(y=\log_{3}\displaystyle \frac{\,1\,}{\,x\,}\) は\(y=\log_{3}x\) のグラフと \(x\) 軸に関して対称移動したグラフ


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p.184 問題 14\(\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\log_{6}5 \lt \displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,} \lt -\log_{6}\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}\)


解法のPoint|対数関数の大小比較
p.184 問題 15\({\small (1)}~\) \(x=3\)


解法のPoint|2つの対数関数を含む方程式


\({\small (2)}~\) \(0 \lt x \lt 6\)


解法のPoint|2つの対数関数を含む不等式
p.184 問題 16 \(\log_{b}a \lt \log_{a}b\)


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p.184 問題 18[証明] 左辺の底を底の変換公式を用いて \(a\) にすると、


  (左辺)


\(\begin{eqnarray}\require{cancel}~~~&=&\log_a b \cdot \log_b c \cdot \log_c a
\\[5pt]~~~&=&\log_a b \cdot \displaystyle \frac{\,\log_a c\,}{\,\log_a b\,} \cdot \displaystyle \frac{\,\log_a a\,}{\,\log_a c\,}
\\[5pt]~~~&=&\cancel{\log_a b} \cdot \displaystyle \frac{\,\cancel{\log_a c}\,}{\,\cancel{\log_a b}\,} \cdot \displaystyle \frac{\,\log_a a\,}{\,\cancel{\log_a c}\,}
\\[5pt]~~~&=&\log_a a
\\[5pt]~~~&=&1\end{eqnarray}\)


したがって、


 \(\log_a b \cdot \log_b c \cdot \log_c a=1\) [終]


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練習問題 指数関数・対数関数

p.186 練習問題A 1\({\small (1)}~\) \(14\)  \({\small (2)}~\) \(194\)


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p.186 練習問題A 2 約 \(8\) 分 \(20\) 秒


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p.186 練習問題A 3\({\small (1)}~\) \(ab^2\)


解法のPoint|有理数が指数の指数法則の計算


\({\small (2)}~\) \(a+b\)


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\({\small (3)}~\) \(\displaystyle \frac{\,5\,}{\,4\,}\)  \({\small (4)}~\) \(1\)


解法のPoint|対数の性質と和・差の計算


\({\small (5)}~\) \(2\)


解法のPoint|底の変換公式を用いた計算
p.186 練習問題A 4 \(\log_{3}5 \lt \log_{4}8 \lt \log_{2}3\)


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p.186 練習問題A 5\({\small (1)}~\) \(x=0~,~1\)


解法のPoint|指数関数を含む2次方程式・2次不等式


\({\small (2)}~\) \(x=\displaystyle \frac{\,\sqrt{3}\,}{\,3\,}\)


解法のPoint|2つの対数関数を含む方程式


\({\small (3)}~\) \(x=\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}~,~27\)
解法のPoint|対数関数を含む2次方程式
p.186 練習問題A 6\({\small (1)}~\) \(1 \lt x \lt 3\)


解法のPoint|指数関数を含む2次方程式・2次不等式


\({\small (2)}~\) \(-\displaystyle \frac{\,5\,}{\,3\,} \lt x \lt 0~,~\displaystyle \frac{\,5\,}{\,6\,} \lt x \lt \displaystyle \frac{\,5\,}{\,2\,}\)


解法のPoint|2つの対数関数を含む不等式
p.186 練習問題A 7[証明] それぞれの値を計算すると、


\(\begin{eqnarray}~~~2^7&=&128
\\[3pt]~~~3^5&=&243
\\[3pt]~~~2^8&=&256\end{eqnarray}\)


よって、


\(\begin{eqnarray}~~~&&2^7 \lt 3^5 \lt 2^8\end{eqnarray}\)


各辺に底 \(2\) の対数をとると、


底 \(2 \gt 1\) より、大小関係はそのままであるので、


\(\begin{eqnarray}~~~\log_{2}2^7 &\lt& \log_{2}3^5 \lt \log_{2}2^8
\\[3pt]~~~7 &\lt& 5\log_{2}3 \lt 8\end{eqnarray}\)


各辺を \(5\) で割ると、


\(\begin{eqnarray}~~~&&\displaystyle \frac{\,7\,}{\,5\,} \lt \log_{2}3 \lt \displaystyle \frac{\,8\,}{\,5\,}\end{eqnarray}\)


したがって、


 \(1.4 \lt \log_{2}3 \lt 1.6\) [終]


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p.186 練習問題A 8\(2\) 倍の割合で増殖するバクテリアの方が長い


■ この問題の詳しい解説はこちら!
p.187 練習問題B 9 \(2\sqrt{17}\)


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p.187 練習問題B 10[証明] \(a^{\log_aM}=N\) とおくと、


\(N \gt 0\) より、両辺の \(a\) を底とする対数をとると、


\(\begin{eqnarray}~~~\log_aa^{\log_aM}&=&\log_aN
\\[3pt]~~~\log_aM \cdot \log_aa&=&\log_aN
\\[3pt]~~~\log_aM&=&\log_aN\end{eqnarray}\)


よって、\(N=M\) より、


 \(a^{\log_aM}=M\) が成り立つ [終]


\({\small (1)}~27\)  \({\small (2)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,16\,}\)  \({\small (3)}~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,9\,}\)


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p.187 練習問題B 11 \(2^{100} \lt 5^{50} \lt 3^{75}\)


解法のPoint|指数関数の大小比較
p.187 練習問題B 12\({\small (1)}~\) \(x=1\) のとき 最大値 \(3\)
  \(x=0\) のとき 最小値 \(-1\)


解法のPoint|指数関数を含む関数の最大値・最小値


\({\small (2)}~\) \(x=\displaystyle \frac{\,1\,}{\,4\,}\) のとき 最大値 \(4\)
  \(x=16\) のとき 最小値 \(-5\)


解法のPoint|対数関数を含む関数の最大値・最小値
p.187 練習問題B 13\({\small (1)}~\) \(0 \lt x \lt 8\)
\({\small (2)}~\) \(x=4\) のとき、最大値 \(4\)


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p.187 練習問題B 14[証明] \(2^x=5^y=10^z\) の各辺は正より、


各辺の \(2\) を底とする対数をとると、


\(\begin{eqnarray}~~~\log_2 2^x&=&\log_2 5^y~=~\log_2 10^z
\\[5pt]~~~x&=&y\log_2 5~=~z\log_2 10\end{eqnarray}\)


\(x=y\log_2 5\) より


\(\begin{eqnarray}~~~y&=&\displaystyle \frac{\,x\,}{\,\log_2 5\,}
\\[5pt]~~~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,y\,}&=&\displaystyle \frac{\,\log_2 5\,}{\,x\,}\end{eqnarray}\)


また、\(x=z\log_2 10\) より


\(\begin{eqnarray}~~~z&=&\displaystyle \frac{\,x\,}{\,\log_2 10\,}
\\[5pt]~~~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,z\,}&=&\displaystyle \frac{\,\log_2 10\,}{\,x\,}\end{eqnarray}\)


これより、


  (左辺)


\(\begin{eqnarray}~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,x\,}+\displaystyle \frac{\,1\,}{\,y\,}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,x\,}+\displaystyle \frac{\,\log_2 5\,}{\,x\,}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1+\log_2 5\,}{\,x\,}\end{eqnarray}\)


  (右辺)


\(\begin{eqnarray}~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,z\,}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,\log_2 10\,}{\,x\,}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,\log_2 (2 {\, \small \times \,} 5)\,}{\,x\,}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,\log_2 2+\log_2 5\,}{\,x\,}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1+\log_2 5\,}{\,x\,}\end{eqnarray}\)


したがって、


 \(\displaystyle \frac{\,1\,}{\,x\,}+\displaystyle \frac{\,1\,}{\,y\,}=\displaystyle \frac{\,1\,}{\,z\,}\) [終]


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p.187 練習問題B 15[証明] \(1 \lt a \lt b \lt a^2\) より、


各辺に底 \(a\) の対数をとると、


底 \(a \gt 1\) より、大小関係はそのままであるので、


\(\begin{eqnarray}~~~\log_{a}1 &\lt& \log_{a}a \lt \log_{a}b \lt \log_{a}a^2
\\[3pt]~~~0 &\lt& 1 \lt \log_{a}b \lt 2\end{eqnarray}\)


\(\log_{a}b \gt 0\) であるので、\(1 \lt \log_{a}b \lt 2\) の各辺に \(\log_{a}b\) を掛けると、


大小関係はそのままであるので、


\(\begin{eqnarray}~~~1 \cdot \log_{a}b &\lt& \log_{a}b \cdot \log_{a}b \lt 2 \cdot \log_{a}b
\\[3pt]~~~\log_{a}b &\lt& (\log_{a}b)^2 \lt 2\log_{a}b\end{eqnarray}\)


ここで、\(2\log_{a}b=\log_{a}b^2\) である


したがって、


 \(\log_{a}b \lt (\log_{a}b)^2 \lt \log_{a}b^2\) [終]


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p.187 練習問題B 16\({\small (1)}~\) \(13\) 桁  \({\small (2)}~\) \(2\)


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