$f(x)$は３次関数で、$x^{3}$の項の係数は正。
なので、全体としては右上がりのグラフになるから、選択肢の
③④⑤
は不適。
正解は、⓪①②のどれかだ。

さらに、$f(x)$を微分すると
$f'(x)=3x^{2}-6a$
となる。

なので、$f'(x)=0$となる$x$は
$3x^{2}-6a=0$
より
$x^{2}=2a$
$x=\pm\sqrt{2a}$式Ａ
である。

式Ａより、$f'(x)=0$となる点、つまり、グラフの傾きが$0$である点は、

であることが分かる。

以上より、

(1)で考えたように、$0 \lt a$のとき、$y=f(x)$のグラフは
全体として右上がり 傾きが$0$の点が２か所あり、その$x$座標は
$x=\pm\sqrt{2a}$ なので、図Ａのような形になる。

図の固定

$y=f(x)$と$y=p$が３個の共有点をもつのは、
$y=p$が図Ａの青い範囲にある 場合。
ただし、オレンジの線と緑の線は含まない。

よって、
ウは極小値（緑の点の$y$座標）
エは極大値（オレンジの点の$y$座標）
である。

図Ａより、

である。

次に、$p=$ウのときの$y=p$、つまり 図Ａの緑の直線
$y=-4\sqrt{2}a^{\frac{3}{2}}+16$式Ｂ
と、$y=f(x)$との共有点（図Ａの赤い点と緑の点）の$x$座標$q$，$r$を求める。

$q \lt r$
なので、
赤い点の$x$座標が$q$ 緑の点の$x$座標が$r$ だ。

このうち、緑の点の$x$座標はすでに
$\sqrt{2a}$
だと分かっている。
これを問題文のマスに合う形に変形すると、
$r=\sqrt{2}a^{\frac{1}{2}}$
となる。

解答ク：２

$q$についてはちょっと計算しないといけない。

$y=f(x)$と式Ｂの連立方程式
$\left\{\begin{array}{l} y=x^{3}-6ax+16\\ y=-4\sqrt{2}a^{\frac{3}{2}}+16 \end{array}\right.$
から
$x^{3}-6ax+16=-4\sqrt{2}a^{\frac{3}{2}}+16$
より
$x^{3}-6ax+4\sqrt{2}a^{\frac{3}{2}}=0$式Ｃ
という方程式ができる。

この方程式の解が$q$と$r$なんだけど、$r=\sqrt{2a}$が分かっていて、しかも図Ａの緑の点は接点なので、重解だ。
よって、式Ｃは
$(x-q)(x-\sqrt{2a})^{2}=0$式Ｄ
と因数分解できるはず。

この式Ｄを展開すると、式Ｃになるはず。
全部展開するのは面倒なので、定数項だけ計算しよう。

式Ｄの定数項を展開すると、
$-q\times(-\sqrt{2a})^{2}$
これが式Ｃの定数項と等しいので、
$-q\times(-\sqrt{2a})^{2}=4\sqrt{2}a^{\frac{3}{2}}$
これを計算して、
$-q=\displaystyle \frac{4\sqrt{2}a^{\frac{3}{2}}}{(-\sqrt{2a})^{2}}$
$q=-\displaystyle \frac{ \cancel{4}^{2} \sqrt{2} \cancel{a} \cdot a^{\frac{1}{2}}}{ \cancel{2} \cancel{a}}$
$\phantom{ q } =-2\sqrt{2}a^{\frac{1}{2}}$
である。

解答オ：－, カ：２, キ：２

ここで、$y=f(x)$のグラフについて、ちょっとまとめておこう。

$f(0)=16$
なので、グラフは$y$軸と
$(0,16)$
で交わる。

これに、(1)(2)で考えたグラフの概形を合わせると、図Ｃのようになる。

図の固定

$y=f(x)$のグラフは、図中

である。

また、$x$軸は黒い点（$y$座標が$16$）よりも下にあるけど、どのくらい下かは$a$の値によって変わる。
なので、$x$軸は緑の線の位置だったり、青だったり、紫だったりする。

図Ｃから、$y=f(x)$のグラフと$x$軸との共有点の数は、

ことが分かる。

方程式$f(x)=0$の実数解は、$y=f(x)$のグラフと$x$軸との共有点の$x$座標と等しい。
なので、異なる実数解の個数$n$は、

といえる。