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必要十分条件
画像の問題なのですが、答え自体は合っているが十分条件の記述が不足しているとAIに言われました。何を書き足せば正解の答案になりますか?


回答
a さん、こんばんは。お久しぶりです。
最近はみなさんAIに質問しているようで、この質問箱も半年くらい前からガクッと質問数が減りました。あなたもAIを使っているのですね。AIはたいていの場合は正しい答えを教えてくれますが、ちょっと面倒な問題ではまるで見当違いな回答をすることがあります。数列の問題で実験したらびっくりしましたよ。AIの回答を頭から信じないで、かならず自分で確認して使ってくださいね。
で、「何を書き足せば正解の答案になりますか?」とAIに聞いてみなかったのですか?聞いたらなんと答えてきましたか?それを知りたいです。
人間の私が読む限り、あなたの解答の下から2行目の最後から最後の行を結論するところにちょっと甘さがあるので、C≧2は必要条件ですから十分条件も示さなければいけないと思います。その理由は…
$2\left(\dfrac{\sin x}{x}\right)<2$ だけからは$2\left(\dfrac{\sin x}{x}\right)$ の値が限りなく2に近づくことがあるということは出てきません。ですからその答案だけでは「$2\left(\dfrac{\sin x}{x}\right)>1.8$ 」ということも考えられてしまいます。ですからC≧2ではなくC≧1.8でも大丈夫だよということが否定できません。C≧2はあくまでも必要条件でしかないのです。だから十分性つまり「C≧2であればたしかにすべての実数xについて 成り立ちますよ」というのを書かねば。
ただし、そうするより、答案に$\lim_{x\to 0} 2\left(\dfrac{\sin x}{x}\right)=2$ であることを追加すればC≧2は必要十分条件になりますので、楽だと思います。
じつはもっと簡単な方法があります。
$f(x)=\cos 2x,g(x)=1-cx^2$ とおいたとき、$|f''(0)|\leqq |g''(0)|$ となればいいので、自然に4≦2|c|、C>0(グラフより明らか。あるいは「ともに上に凸」よりーC<0)よりC≧2が求まります。
第2次導関数は曲線の曲がり具合の程度を示す関数で、$f(x)=\cos 2x,g(x)=1-cx^2$ のグラフを同じ座標平面に書いたときx=0で接しますので、そこでの曲がり具合が放物線よりコサインの方が大きければいいのです。きちんとした説明ではないですが参考まで。
これでどうでしょうか?以前のように下のコメント欄になにか返事を書いてくださいね。
確認するのが遅くなり申し訳ありません。 これはy=sin/xのグラフの概形を知っていて、かつ、xを無限に飛ばしても0になるだけだから逆に0に近付けようと思えるのですか?
「これは」って、どれのことですか?極限値=2のこと?それとも第2次導関数のこと?
極限値=2のところです。
了解です。 y=sinx/xのグラフの概形ではないです。知っているのはsinx/xはx→0のとき1に収束するということです! あなたの答案の下から2行目の論理は説明なしに|sinx|<|x| がでてきて(sinx/x)²<1ということを示しましたが、1より小さいことは確かでも0.9になれるか0.99になれるかどうか0.999になれるかどうかは示せません。|sinx|<|x| からだけでは(sinx/x)²が1に限りなく近づくことができるかは不明です。1より小さいことはたしかでも、実は0.87より小さくて0.88にはなれないかもしれないのです。ですからsinx/xはx→0のとき1に収束することを知っているので(sinx/x)²が1に限りなく近づくことができるぞ!という説明があればいいのです。これがあれば十分条件も示せたことになります。 これでわかりますか?
理解しました。ありがとうございます。
どういたしまして。またどうぞ!