--------------------------------------------
【解答】
ア -2px+2p イ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \left(4p^2+1\right)t^2-\left(8p^2+4\right)t+4p^2+4\end{align*}}$ ウ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{4p^2+2}{4p^2+1}\end{align*}}$
エ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{4p^2}{4p^2+1}\end{align*}}$ オ p カ 0 キ p ク $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{4p^2+1}{12p}\end{align*}}$ ケ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{2}\end{align*}}$ コ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{3}\end{align*}}$
【解説】
(1)
R(x,y)とおくと、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OR}=\left(2-t\right)\left(1,p\right)+t\left(0,p\right)=\left(2-t,2p\left(t-1\right)\right)\end{align*}}$
より、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf x=2-t\ ,\ y=2p\left(t-1\right)\end{align*}}$
を得る。これらからtを消去すると、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf y=2p\left(2-x-1\right)=\underline{\sf -2px+2p}\end{align*}}$
(2)
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \left|\overrightarrow{\sf OR}\right|^2&=\sf \left(2-t\right)^2+\bigg\{2p\left(t-1\right)\bigg\}^2\\ &=\sf \underline{\sf \left(4p^2+1\right)t^2-\left(8p^2+4\right)t+4p^2+4}\\ &=\sf \left(4p^2+1\right)\left(t-\frac{4p^2+2}{4p^2+1}\right)^2+\frac{4p^2}{4p^2+1}\end{align*}}$
となるので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf t=\underline{\sf \frac{4p^2+2}{4p^2+1}}\end{align*}}$ のとき、 $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \left|\overrightarrow{\sf OR}\right|^2_{min}=\underline{\sf \frac{4p^2}{4p^2+1}}\end{align*}}$
(3)
点(0,2p)をAとおくと、Aは(1)で求めた点Rの軌跡の直線上にあるので、
ORが最小となるとき、OR⊥ARとなる。
よって、OAが△OARの外接円の直径となるので、
半径はp、中心の座標は(0,p)である。
(4)
(2)で求めたtに対するRの座標は
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf R\left(2-\frac{4p^2+2}{4p^2+1},2p\left(\frac{4p^2+2}{4p^2+1}-1\right)\right)=\left(\frac{4p^2}{4p^2+1},\frac{2p}{4p^2+1}\right)\end{align*}}$
一方、2点O(0,0)、(1,0)を通る放物線(Cとする)は定数a(a≠0)を用いて
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf y=ax\left(x-1\right)\end{align*}}$
と表せる。これが点Rを通るとき
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{2p}{4p^2+1}=a\cdot \frac{4p^2}{4p^2+1}\left(\frac{4p^2}{4p^2+1}-1\right)\ \ \Leftrightarrow\ \ a=-\frac{4p^2+1}{2p}\end{align*}}$
より、Cの方程式は
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf y=-\frac{4p^2+1}{2p}x\left(x-1\right)\end{align*}}$
となるので、Cとx軸で囲まれた部分の面積Sは
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf S&=\sf \int_0^1-\frac{4p^2+1}{2p}x\left(x-1\right)dx\\ &=\sf \frac{4p^2+1}{12p}\left(1-0\right)^3\\ &=\sf \underline{\sf \frac{4p^2+1}{12p}}\end{align*}}$
p>0なので、相加相乗平均の関係より
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf S&=\sf \frac{4p^2+1}{12p}\\ &=\sf \frac{1}{12}\left(4p+\frac{1}{p}\right)\\ &=\sf \frac{1}{12}\cdot 2\sqrt{4p\cdot\frac{1}{p}}\\ &=\sf \frac{1}{3}\end{align*}}$
となるので、Sの最小値は
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf S_{min}=\underline{\sf \frac{1}{3}}\end{align*}}$
これは、相加相乗平均の等号が成立するときなので、p>0より
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf 4p=\frac{1}{p}\ \ \Leftrightarrow\ \ p=\underline{\sf \frac{1}{2}}\end{align*}}$
のときである。
(3) OR⊥ARに気づかないと厳しいです。
(4) 6分の1公式を使わないと計算が大変です。
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- 2018/11/25(日) 02:07:00|
- 大学入試(数学) .関西の私立大学 .京都薬科大 2017
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第4問
以下で定めるルールにしたがって、投げたさいころの
目に応じて座標平面上で点Pを進める。さいころを4回
投げて、原点Oを出発点として点Pを進めるとき、次の
に当てはまる数または式を解答欄に記入せよ。
(1) 次のルールAにしたがって、原点Oを出発点として点Pを進める。
ルールA
さいころの出た目をnで表す。1≦n≦3ならば、Pを上に1だけ進める。
4≦n≦6ならば、Pを右へ1だけ進める。
さいころの目が3,5,4,2の順に出たとき、点Pは( ア ), イ )に
到達する。さいころを4回投げたとき、Pが到達可能な点は5つあり、それ
らはすべて直線y= ウ 上にある。Pの到達点のx座標がrになる確率
をf(r)で表すと、f(0)= エ 、f(1)=f(3)= オ 、f(2)= カ である。
Pの到達点の座標を(a,b)と表すとき、「a2+b2≧mとなる確率は1」が
成り立つような自然数mの最大値は キ である。また、Pが(1,1)を
通ったとき、(2,2)に到達する条件付き確率は ク である。
(2) 次のルールBにしたがって、原点Oを出発点として点Pを進める。
ルールB
さいころの出た目をnで表す。1≦n≦2ならば、Pを上に1だけ進める。
3≦n≦4ならば、Pを右へ1だけ進める。5≦n≦6ならば、Pをどの方向
へも進めない。
さいころの目が3,5,4,2の順に出たとき、点Pは( ケ ), コ )に
到達する。さいころを4回投げたとき、Pの到達点が(s,t)になる確率を
$\small\sf{\begin{align*} \sf g\end{align*}}$ (s,t)で表すと、$\small\sf{\begin{align*} \sf g\end{align*}}$ (0,0)= サ 、$\small\sf{\begin{align*} \sf g\end{align*}}$ (0,1)= シ 、$\small\sf{\begin{align*} \sf g\end{align*}}$ (1,1)= ス
である。Pの到達点の座標を(a,b)と表すとき、a2+b2≦4とになる確率は
セ である。
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【解答】
ア 2 イ 2 ウ -x+4 エ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{16}\end{align*}}$ オ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{4}\end{align*}}$
カ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{3}{8}\end{align*}}$ キ 8 ク $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{2}\end{align*}}$ ケ 2 コ 1
サ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{81}\end{align*}}$ シ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{4}{81}\end{align*}}$ ス $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{4}{27}\end{align*}}$ セ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{11}{27}\end{align*}}$
【解説】
(ア)(イ)
上→右→右→上と進むので、点(2,2)に到達する。
(ウ)
到達可能な点は(4,0)、(3,1)、(2,2)、(1,3)、(0,4)の5つであり、
これらはすべて直線y=-x+4上にある。
(エ)
r=0になるのは、上へ4回移動するとき、
r=4になるのは、右へ4回移動するときなので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf f\left(0\right)=f\left(4\right)=\left(\frac{1}{2}\right)^4=\underline{\sf \frac{1}{16}}\end{align*}}$
(オ)
r=1になるのは、上へ3回、右へ1回移動するとき、
r=3になるのは、上へ1回、右へ3回移動するときなので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf f\left(1\right)=f\left(3\right)=_4C_1\cdot\frac{1}{2}\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^3=\underline{\sf \frac{1}{4}}\end{align*}}$
(カ)
r=2になるのは、上へ2回、右へ2回移動するときなので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf f\left(2\right)=_4C_2\left(\frac{1}{2}\right)^2\left(\frac{1}{2}\right)^2=\underline{\sf \frac{3}{8}}\end{align*}}$
(キ)
(a,b)=(0,4)、(4,0)のとき、a2+b2=16
(a,b)=(1,3)、(3,1)のとき、a2+b2=10
(a,b)=(2,2)のとき、a2+b2=8
なので、すべての(a,b)に対してa2+b2≧mを満たす最大のmは
m=8である。
(ク)
点(1,1)から点(2,2)へは、上へ1回、右へ2回移動すればよいので、
求める条件付き確率は、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf _2C_1\cdot\frac{1}{2}\cdot\frac{1}{2}=\underline{\sf \frac{1}{2}}\end{align*}}$
(ケ)(コ)
右→静止→右→上と進むので、点(2,1)に到達する。
(サ)
点(0,0)に到達するのは、4回とも静止するときなので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf g\left(0,0\right)=\left(\frac{1}{3}\right)^4=\underline{\sf \frac{1}{81} }\end{align*}}$
(シ)
点(0,1)に到達するのは、上への移動が1回、静止が3回のときなので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf g\left(0,1\right)=_4C_1\cdot\frac{1}{3}\cdot\left(\frac{1}{3}\right)^3=\underline{\sf \frac{4}{81}}\end{align*}}$
(ス)
点(1,1)に到達するのは、上と右への移動が1回ずつ、静止が2回のとき
なので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf g\left(1,1\right)=_4C_1\cdot _3C_1\cdot\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{3}\cdot\left(\frac{1}{3}\right)^2=\underline{\sf \frac{4}{27}}\end{align*}}$
(セ)
a2+b2≦4となるのは、
(a,b)=(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)、(2,0)、(0,2)
の場合である。(サ)~(ス)より
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf g(0,0)=\frac{1}{81}\ ,\ g(0,1)=g(1,0)=\frac{4}{81}\ ,\ g(1,1)=\frac{12}{81}\end{align*}}$
また、点(0,2)に到達するのは、上の移動が2回、静止が2回のときなので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf g\left(0,2\right)=g\left(2,0\right)=_4C_2\left(\frac{1}{3}\right)^2\left(\frac{1}{3}\right)^2=\frac{6}{81}\end{align*}}$
以上より、求める確率は、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1+4+4+12+6+6}{81}=\underline{\sf \frac{11}{27}}\end{align*}}$
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