第1問 pを2以上の整数とする。次の問いに答えよ。 (1) x>0のとき、不等式 xp +p-1≧px が成り立つことを示せ。 (2) a>0、b>0のとき、不等式 $\small\sf{\begin{align*} \sf a^p+\left(p-1\right)b^{\frac{p}{p-1}}\geqq pab\end{align*}}$ が成り立つことを示せ。 (3) p=3とする。(2)の不等式において等号が成立するとき、 aをbを用いて表せ。
-------------------------------------------- 【解答】 (1) 関数f(x)を f(x)=xp +p-1-px (x>0) とおく。導関数は f’(x)=pxp-1 -p=p(xp-1 -1) なので、f(x)の増減は次のようになる。
よって、x>0でつねにf(x)≧0なので、不等式 xp +p-1≧px が成り立つ。(等号成立は、f(x)=0 すなわち x=1のときである。) (2) 与式は、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf a^p+\left(p-1\right)b^{\frac{p}{p-1}}\geqq pab" alt="\end{align*}}$ ……① $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ a^pb^{-\frac{p}{p-1}}+\left(p-1\right)b^{\frac{p}{p-1}}b^{-\frac{p}{p-1}}\geqq pab\cdot b^{-\frac{p}{p-1}}\end{align*}}$ ←両辺×$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf b^{-\frac{p}{p-1}}\ \ (>0)" alt="\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ a^p\left(b^{-\frac{1}{p-1}}\right)^p+p-1\geqq pab^{1-\frac{p}{p-1}}" alt="\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ \left(ab^{-\frac{1}{p-1}}\right)^p+p-1\geqq p\left(ab^{-\frac{1}{p-1}}\right)" alt="\end{align*}}$ ……② と変形できる。 (1)で、$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf x=ab^{-\frac{1}{p-1}}\ \ (>0)" alt="\end{align*}}$ とおくと、②が成り立つので、 ①も成り立つことになる。よって、題意は示された。 等号成立は $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf ab^{-\frac{1}{p-1}}=1" alt="\end{align*}}$ のときである。 (3) p=3のとき、(2)の等号が成立するのは、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf ab^{-\frac{1}{3-1}}=1\ \ \Leftrightarrow\ \ \underline{\ a=b^{\frac{1}{2}}}" alt="\end{align*}}$ のときである。 (2)は、(1)が使えるように上手く変形しましょう。
テーマ:数学 - ジャンル:学問・文化・芸術
2018/11/29(木) 01:01:00 |
大学入試(数学) .関西の私立大学 .関西大 理系 2014(2/2)
| トラックバック:0
| コメント:0
第2問 aを正の定数とする。中心の座標が(1,a,-a2 )の球面が xy平面に接しているとする。次の をうめよ。 (1) この球面の方程式をaを用いて表すと、 (x-1)2 +(y-a)2 +( ① )2 = ② である。 (2) この球面がさらにxz平面と共有点をもつためのaの値の範囲は ③ である。 (3) xy平面と接しているこの球面がさらにxz平面と共有点をもち、 その共有点の全体が半径$\small\sf{\begin{align*} \sf \sqrt2" alt="\end{align*}}$ の円になっているとする。このとき、 この球面の方程式は (x-1)2 +(y- ④ )2 +( ⑤ )2 = ⑥ となる。 この球面の内部も含めた球の体積は ⑦ である。また、 この球がxz平面で切り取られる小さい方の部分の体積は ⑧ である。 (注)⑧は、 の形を変えてあります。
-------------------------------------------- 【解答】 ① z+a2 ② a4 ③ a≧1 ④ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt2\end{align*}}$ ⑤ z+2 ⑥ 4 ⑦ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{32}{3}\pi\end{align*}}$ ⑧ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{16-10\sqrt2}{3}\pi\end{align*}}$ 【解説】 この球をSとし、中心をAとする。 (1) Sはxy平面に接するので、 Sの半径=Aのz座標の絶対値=a2 となる。よって、Sの方程式は (x-1)2 +(y-a)2 +(z+a)2 =a4 である。 (2) Sの直径のうち、y軸に平行なものの端点のうちでy座標が 小さい方をBとすると、B(1,a-a2 ,-a2 )なので、 Sがxz平面と共有点をもつとき a-a2 ≦0 ⇔ a≦0, 1≦a である。 a>0なので、求めるaの値の範囲は、a≧1 である。 (3) 線分ABとxz平面との交点をC(1,0,-a2 )とし、 Sとxz平面との共有点が作る円の周上の点をDとすると、 CDがこの円の半径になる。 よって、△ACDに三平方の定理を用いると、 CD2 +AC2 =AD2 ⇔ ($\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt2\end{align*}}$ )2 +a2 =(a2 )2 ⇔ a2 =-1,2 ⇔ a=$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt2\end{align*}}$ (>0) となるので、Sの方程式は (x-1)2 +(y-$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt2\end{align*}}$ )2 +(z+2)2 =4 である。 線分BC上の点Pのy座標をtとおくと、AP=$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt2\end{align*}}$ -tなので、 Pを通りxz平面に平行な平面とSとの共有点が作る円の半径rは、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf r=\sqrt{2^2-\left( \sqrt2-t\right)^2}\end{align*}}$ となる。tの範囲は、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt2\end{align*}}$ -2≦t≦0 なので、Sがxz平面で切り取られる小さい方の部分の 体積をVとすると、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf V=\int_{\sqrt2-2}^0\pi\ r^2\ dt\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\pi\int_{\sqrt2-2}^0\left\{2^2-\left( \sqrt2-t\right)^2\right\}dt\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\pi\int_{-2}^{-\sqrt2}\left(4-s^2\right)ds\end{align*}}$ ←$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf s=t-\sqrt2\end{align*}}$ と置換 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\pi\left[4s- \frac{1}{3}s^3\right]_{-2}^{-\sqrt2}\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\underline{\ \frac{16-10\sqrt2}{3}\pi\ }\end{align*}}$ ①~⑦まではスラスラといきましょう。 それほど難しくはありませんが、とりあえず⑧は後回しでしょうか。
テーマ:数学 - ジャンル:学問・文化・芸術
2018/11/29(木) 01:02:00 |
大学入試(数学) .関西の私立大学 .関西大 理系 2014(2/2)
| トラックバック:0
| コメント:0
第3問 座標平面上の曲線Cが媒介変数tを用いて、 x=1-cost、 y=2-sin2t、 0≦t≦$\small\sf{\pi}$ と表示されている。次の問いに答えよ。 (1) 0<t<$\small\sf{\pi}$ の範囲で、$\small\sf{\begin{align*} \sf \frac{dy}{dx}\end{align*}}$ をtの関数として表せ。 (2) 0<t<$\small\sf{\pi}$ の範囲で、$\small\sf{\begin{align*} \sf \frac{dy}{dx}\end{align*}}$ =0を満たすtの値をすべて求めよ。 また、そのときのxの値を求めよ。 (3) 曲線Cの概形を解答欄の座標平面上にかけ。ただし、曲線の凹凸は 調べなくてよい。 (4) 曲線Cと直線x=2、x軸、およびy軸とで囲まれた図形の面積を求めよ。
-------------------------------------------- 【解答】 x=1-cost、 y=2-sin2t ……(*) (1) (*)より、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{dy}{dx}=\frac{dy}{dt}\bigg/\frac{dx}{dt}=\underline{\ \frac{-2\cos 2t}{\sin t}\ }\end{align*}}$ (2) 0<t<$\scriptsize\sf{\pi}$ より $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{dy}{dx}=\frac{-2\cos 2t}{\sin t}\ \ \Leftrightarrow\ \ \cos 2t=0\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ 2t=\frac{\pi}{2}\ ,\ \frac{3}{2}\pi\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ \underline{\ t=\frac{\pi}{4}\ ,\ \frac{3}{4}\pi\ }\end{align*}}$ t=$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{\pi}{4}\end{align*}}$ のとき、$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf x=1-\cos\frac{\pi}{4}=\underline{\ 1-\frac{1}{\sqrt2}\ }\end{align*}}$ t=$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{3}{4}\pi\end{align*}}$ のとき、$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf x=1-\cos\frac{3}{4}\pi=\underline{\ 1+\frac{1}{\sqrt2}\ }\end{align*}}$ (3) 0<t<$\scriptsize\sf{\pi}$ におけるx、yの増減は次のようになる。 よって、曲線Cの概形は上のようになる。 (4) 求める面積をSとすると、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf S=\int_0^2y\ dx\end{align*}}$ なので、(*)のように置換すると、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf S=\int_0^{\pi}\left(2-\sin 2t\right)\cdot \sin t\ dt\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\int_0^{\pi}\left(2\sin t-\sin 2t\sin t\right)dt\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\int_0^{\pi}\left\{2\sin t-\frac{1}{2}\left(\cos 3t-\cos t\right)\right\}dt\end{align*}}$ ←積・和の公式 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\left[-2\cos t+ \frac{1}{6}\sin 3t-\frac{1}{2}\sin t\right]_0^{\pi}\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\underline{\ 4\ }\end{align*}}$ これもよくある問題ですね。
テーマ:数学 - ジャンル:学問・文化・芸術
2018/11/29(木) 01:03:00 |
大学入試(数学) .関西の私立大学 .関西大 理系 2014(2/2)
| トラックバック:0
| コメント:0
第4問 次の をうめよ。 (1) 条件 $\small\sf{\begin{align*} \sf a_1=1\ \ ,\ \ \frac{a_{n+1}}{a_{n+1}+1}=\frac{a_n}{1+4na_n}\ \ \ \ (n=1,2,3,\ldots)\end{align*}}$ によって定められる数列{an }の一般項はan = ① である。 また、$\small\sf{\begin{align*} \sf \lim_{n\rightarrow\infty}\ n^2a_n\end{align*}}$ = ② である。 (2) 座標空間において、実数tを用いて座標が (cos($\small\sf{\pi}$ t2 ),sin($\small\sf{\pi}$ t2 ),t) と表される点で、球面x2 +y2 +z2 =4上にあるものは2点ある。 tが小さい方の点をP、tが大きい方の点をQとする。 $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OP}\end{align*}}$ と$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OQ}\end{align*}}$ の なす角を$\small\sf{\theta}$ とするとき、cos$\small\sf{\theta}$ = ③ である。 (3) TAKOYAKIの8文字を1列に並べるとき、すべての並び方は ④ 通りある。また、同じ文字が隣り合わない並べ方は ⑤ 通りある。 (4) $\small\sf{\begin{align*} \sf E=\begin{pmatrix} \sf 1&\sf 0 \\ \sf 0 & \sf 1 \end{pmatrix}\ ,\ J=\begin{pmatrix} \sf 0&\sf 1 \\ \sf 1 & \sf 0 \end{pmatrix}\end{align*}}$ とおく。A=aE+bJとするとき、 $\small\sf{\begin{align*} \sf A^2=\begin{pmatrix} \sf 13&\sf 12 \\ \sf 12 & \sf 13 \end{pmatrix}\end{align*}}$ を満たす正の整数の組(a,b)を求めると、(a,b)= ⑥ である。 (5) $\small\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{2}\sin\frac{x}{2}+\sum_{k=1}^n\cos(kx)\sin\frac{x}{2}=\frac{1}{2}\sin\end{align*}}$( ⑦ )である。
-------------------------------------------- 【解答】 ① $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{2n^2-3n+2}\end{align*}}$ ② $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{2}\end{align*}}$ ③ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf -\frac{1}{2}\end{align*}}$ ④ 10080 ⑤ 5760 ⑥ (3,2) ⑦ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{2n+1}{2}x\end{align*}}$ 【解説】 (1) a1 ≠0よりa2 ≠0、a2 ≠0よりa3 ≠0、…… 以下、帰納的にan ≠0なので、与式の両辺の逆数をとると、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{a_{n+1}+1}{a_{n+1}}=\frac{1+4na_n}{a_n}\ \ \Leftrightarrow\ \ 1+\frac{1}{a_{n+1}}=4n+\frac{1}{a_n}\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ \frac{1}{a_{n+1}}-\frac{1}{a_n}=4n-1\end{align*}}$ ……(ア) となり、(ア)は数列 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \left\{\frac{1}{a_n}\right\}\end{align*}}$ の階差数列を表しているので、 n≧2のとき、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{a_n}=\frac{1}{a_1}+\sum_{k=1}^{n-1}\left(4k-1\right)\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =1+4\cdot\frac{1}{2}(n-1)n-(n-1)\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =2n^2-3n+2\end{align*}}$ これはn=1のときも成り立つので、両辺の逆数をとると、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \underline{\ a_n=\frac{1}{2n^2-3n+2}}\end{align*}}$ となり、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \lim_{n\rightarrow\infty}\ n^2a_n=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{n^2}{2n^2-3n+2}=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{2-\frac{3}{n}+\frac{2}{n^2}}=\underline{\ \frac{1}{2}}\end{align*}}$ を得る。 (2) 与えられた座標を球面の方程式に代入すると、 cos2 ($\scriptsize\sf{\pi}$ t2 )+sin2 ($\scriptsize\sf{\pi}$ t2 )+t2 =4 ⇔ t2 =3 ⇔ t=±$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt3\end{align*}}$. このとき、 P(cos3$\scriptsize\sf{\pi}$ ,sin3$\scriptsize\sf{\pi}$ ,-$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt3\end{align*}}$)=(-1,0,-$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt3\end{align*}}$) Q(cos3$\scriptsize\sf{\pi}$ ,sin3$\scriptsize\sf{\pi}$ ,$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt3\end{align*}}$)=(-1,0,$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \sqrt3\end{align*}}$) より、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf |\overrightarrow{\sf OP}|=|\overrightarrow{\sf OQ}|=\sqrt{1+0+3}=2\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OP}\cdot\overrightarrow{\sf OQ}=1+0-3=-2\end{align*}}$ なので、なす角$\scriptsize\sf{\theta}$ に対して、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \cos\theta=\frac{-2}{2\cdot 2}=\underline{\ -\frac{1}{2}}\end{align*}}$ . (3) AとKがそれぞれ2つずつあるので、8文字の並べ方の総数は $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{8!}{2!\ 2!}=\underline{\ 10080}\end{align*}}$ 通り . このうちで、 A2つが隣り合うものは、$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{7!}{2!}\end{align*}}$ =2520通り K2つが隣り合うものも、2520通り A2つ、K2つがともにが隣り合うものは、6!=720通り なので、同じ文字が隣り合わない並べ方は 10080-(2520×2-720)=5760通り である。 (4) EとJの成分を代入すると、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf A^2=\begin{pmatrix} \sf a&\sf b \\ \sf b & \sf a \end{pmatrix}\begin{pmatrix} \sf a&\sf b \\ \sf b & \sf a \end{pmatrix}=\begin{pmatrix} \sf a^2+b^2&\sf 2ab \\ \sf 2ab & \sf a^2+b^2 \end{pmatrix}=\begin{pmatrix} \sf 13&\sf 12 \\ \sf 12 & \sf 13 \end{pmatrix}\end{align*}}$ となり、各成分を比較すると、 a2 +b2 =13 かつ 2ab=12 . これを満たす正の整数a、b(a>b)の組は、 (a,b)=(3,2) である。 (5) $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{2}\sin\frac{x}{2}+\sum_{k=1}^n\cos(kx)\sin\frac{x}{2}\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\frac{1}{2}\sin\frac{x}{2}+\frac{1}{2}\sum_{k=1}^n\left\{\sin\left(kx+\frac{\pi}{2}\right)-\sin\left(kx-\frac{x}{2}\right)\right\}\end{align*}}$ ←積・和の公式 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\frac{1}{2}\bigg\{\sin\frac{x}{2}+ \left(\sin\frac{3}{2}x-\sin\frac{x}{2}\right)+\left(\sin\frac{5}{2}x-\sin\frac{3}{2}x\right)+\ldots\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ldots+\left(\sin\frac{2n+1}{2}x-\sin\frac{2n-1}{2}x\right)\bigg\}\end{align*}}$ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\underline{\ \frac{1}{2}\sin\frac{2n+1}{2}x}\end{align*}}$ (1)、(5)あたりが気づきにくいかもしれませんね。
テーマ:数学 - ジャンル:学問・文化・芸術
2018/11/29(木) 01:04:00 |
大学入試(数学) .関西の私立大学 .関西大 理系 2014(2/2)
| トラックバック:0
| コメント:0
プロフィール
Author:シケタキオア 橿原市の個別指導塾 青木ゼミの塾長ブログです。 毎日、大学入試数学を解いて いきますので、どうぞよろしく お願いします。
カレンダー
09
| 2023/10 |
11
日
月
火
水
木
金
土
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
-
-
-
-
最新記事
カテゴリー
△
×
カテゴリー内の記事
Now Loading...
カウンター