第3問
次の に適する式または数値を、解答用紙の同じ記号の
ついた の中に記入せよ。途中の計算を書く必要はない。
四角形OABCは次の2つの条件をみたすものとする:
・辺OAと辺CBは平行でOA=1、CB=3である。
・△OACの面積は $\small\sf{\begin{align*} \sf \frac{3}{4}\end{align*}}$ である。
0<t<1を満たす定数tに対して、線分ACをt:(1-t)に内分する
点をP、直線OPと直線CBの交点をQとし、
$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OA}=\overrightarrow{\sf a}\ \ ,\ \ \overrightarrow{\sf OC}=\overrightarrow{\sf c}\ \ ,\ \ \overrightarrow{\sf a}\cdot\overrightarrow{\sf c}=x\end{align*}}$
とおく。
$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf AC}\ ,\ \overrightarrow{\sf OP}\ ,\ \overrightarrow{\sf OQ}\end{align*}}$ を $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf a}\ ,\ \overrightarrow{\sf c}\ ,\ t\end{align*}}$ を用いて表すと、
$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf AC}\end{align*}}$ = ア 、 $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OP}\end{align*}}$ = イ 、 $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OQ}\end{align*}}$ = ウ
である。
また、$\small\sf{\begin{align*} \sf |\overrightarrow{\sf c}|^2\end{align*}}$ はxを用いて $\small\sf{\begin{align*} \sf |\overrightarrow{\sf c}|^2\end{align*}}$ = エ と表せる。$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf AC}\cdot\overrightarrow{\sf OP}\end{align*}}$ はxとtを
用いて $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf AC}\cdot\overrightarrow{\sf OP}\end{align*}}$ = オ と表せる。
QがBに一致するとき、t= カ である。また、点Qが線分CBを
4:1に外分するとき、t= キ である。tがこの値をとり、しかも
$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf AC}\end{align*}}$ と$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OP}\end{align*}}$が直交するならば、x= ク >0またはx= ケ <0
であり、さらに∠AOCが鈍角ならば、cos∠AOC= コ である。
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【解答】
ア $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf c}-\overrightarrow{\sf a}\end{align*}}$ イ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \left(1-t \right)\overrightarrow{\sf a}+t\overrightarrow{\sf c}\end{align*}}$ ウ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf c}+\frac{1-t}{t}\overrightarrow{\sf a}\end{align*}}$ エ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf x^2+\frac{9}{4}\end{align*}}$
オ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf tx^2+\left(1-2t \right)x+\frac{13}{4}t-1\end{align*}}$ カ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{4}\end{align*}}$ キ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{5}\end{align*}}$ ク $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{1}{2}\end{align*}}$
ケ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf -\frac{7}{2}\end{align*}}$ コ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf -\frac{7}{\sqrt{58}}\end{align*}}$
【解説】
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf AC}=\overrightarrow{\sf OC}-\overrightarrow{\sf OA}=\underline{\ \overrightarrow{\sf c}-\overrightarrow{\sf a}\ }\end{align*}}$
PはACをt:(1-t)に内分する点なので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OP}=\underline{\ \left(1-t \right)\overrightarrow{\sf a}+t\overrightarrow{\sf c}\ }\end{align*}}$
また、△OAP∽△QCPより
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf OA:QC=t:(1-t)\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ QC=\frac{1-t}{t}\ OA=\frac{1-t}{t}\end{align*}}$ ……(#)
となるので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OQ}=\overrightarrow{\sf OC}+\overrightarrow{\sf CQ}=\underline{\ \overrightarrow{\sf c}+\frac{1-t}{t}\overrightarrow{\sf a}\ }\end{align*}}$
2つ目の条件より
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \triangle OAC=\frac{1}{2}\sqrt{|\overrightarrow{\sf a}|^2|\overrightarrow{\sf c}|^2-\left(\overrightarrow{\sf a}\cdot\overrightarrow{\sf c} \right)^2}\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ \frac{3}{4}=\frac{1}{2}\sqrt{|\overrightarrow{\sf c}|^2-x^2}\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ |\overrightarrow{\sf c}|^2=\underline{\ x^2+\frac{9}{4}\ }\end{align*}}$
となるので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf AC}\cdot\overrightarrow{\sf OP}=\left( \overrightarrow{\sf c}-\overrightarrow{\sf a}\right)\cdot\left\{(1-t)\overrightarrow{\sf a}+t\overrightarrow{\sf c} \right\}\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\left(1-t \right)\overrightarrow{\sf c}\cdot\overrightarrow{\sf a}+t|\overrightarrow{\sf c}|^2-\left(1-t \right)|\overrightarrow{\sf a}|^2-t\overrightarrow{\sf a}\cdot\overrightarrow{\sf c}\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\left(1-t \right)x+t\left(x^2+\frac{9}{4} \right)-\left(1-t \right)-tx\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf =\underline{\ tx^2+\left(1-2t \right)x+\frac{13}{4}t-1\ }\end{align*}}$ ……オ
QがBに一致するとき、(#)より
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf CQ=\frac{1-t}{t}=3\ \ \Leftrightarrow\ \ t=\underline{\ \frac{1}{4}\ }\end{align*}}$
QがCBを4:1に外分するとき、(#)より
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf CQ=\frac{1-t}{t}=4\ \ \Leftrightarrow\ \ t=\underline{\ \frac{1}{5}\ }\end{align*}}$.
さらにAC⊥OQになるとき、オの式より
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf AC}\cdot\overrightarrow{\sf OP}=\frac{1}{5}x^2+\frac{3}{5}x-\frac{7}{20}=0\ \ \Leftrightarrow\ \ x=\underline{\ \frac{1}{2}\ ,\ -\frac{7}{2}\ }\end{align*}}$
∠AOCが鈍角になるとき、cos∠AOC<0になるので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OA}\cdot\overrightarrow{\sf OC}=1\cdot\sqrt{x^2+\frac{9}{4} }\cdot\cos\angle AOC=x<0\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ \sqrt{ \left( -\frac{7}{2}\right)^2+\frac{9}{4}}\ \cos\angle AOC=-\frac{7}{2}\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \ \ \Leftrightarrow\ \ \cos\angle AOC=\underline{\ -\frac{7}{\sqrt{58}}\ }\end{align*}}$
穴埋めばっかりで面白くないですね^^;;
テーマ:数学 - ジャンル:学問・文化・芸術
- 2018/12/08(土) 01:03:00|
- 大学入試(数学) .関西の私立大学 .関西学院大 理系 2015(個別)
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