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青山学院大学 理系・数学IIIを含む 数学記述模試 第019回

この回のテストポイント

試験の条件と取り組み方

この模試の演習範囲は数学I（全範囲）／数学A（図形の性質・場合の数と確率）／数学II（全範囲）／数学B（数列）／数学C（ベクトル・平面上の曲線と複素数平面）／数学III（全範囲）です。問題・解答は独自に作成したものです。途中式、場合分け、証明の根拠も書きなさい。

大学公式の入試情報・公開問題を参照した対策用のオリジナル模試です。標準計算と、条件整理・図形の立式・記述の応用を組み合わせます。演習範囲・時間・大問数・満点・小問配点は本模試の設計です。実際の入試の時間・配点・出題形式を再現したものではありません。資料確認日：2026-10-04。出願時の試験条件は大学の最新募集要項で確認してください。

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問題

第1問　三次方程式の実数解の個数（17点）

実数 \(a\) に対し、方程式 \(x^3-27x=a\) を考える。

（1）左辺の関数の極大値と極小値を求めなさい。（5点）

（2）異なる3つの実数解をもつための必要十分条件を求め、理由を説明しなさい。（5点）

（3）異なる実数解がちょうど2つとなる場合のパラメータと、そのときの解をすべて求めなさい。（7点）

第2問　三項間漸化式と互いに素の証明（17点）

\[ a_1=1,\ a_2=4,\ a_{n+2}=4a_{n+1}-3a_n \]

とする。

（1）隣り合う項の差に着目して一般項を求めなさい。（5点）

（2）初項から第n項までの和を求めなさい。（5点）

（3）隣り合う2項が常に互いに素であることを証明しなさい。（7点）

第3問　停止する試行と期待値の連立（17点）

表の確率が \(1/3\)、裏の確率が \(2/3\) の硬貨を独立に投げ、初めて表が2回連続したところで止める。試行回数をTとする。

（1）2回目と3回目に初めて止まる確率をそれぞれ求めなさい。（5点）

（2）直前が表でない状態と表の状態について、残りの試行回数の期待値を連立して、Tの期待値を求めなさい。期待値が有限であることは用いてよい。（5点）

（3）表が合計2回出ればよい場合の期待値と比較し、差を求めなさい。（7点）

第4問　複素数の回転と正三角形（17点）

複素数平面で \(A=3,B=3i\) とする。ABを1辺とする正三角形の第3頂点をCとする。

（1）2つの可能な第3頂点を複素数で求めなさい。（5点）

（2）正三角形の面積を求めなさい。（5点）

（3）それぞれの外心の複素数と、共通の外接円の半径を求めなさい。（7点）

第5問　指数関数の最大値と積分の極限（16点）

\(x\ge0\) で \(f(x)=xe^{-3x}\) とする。

（1）増減を調べ、最大値とそれをとる横座標を求めなさい。（4点）

（2）\(a>0\) として \(\int_0^a f(x)\,dx\) を求めなさい。（4点）

（3）前問の定積分で上端を限りなく大きくしたときの極限値を求めなさい。（8点）

第6問　空間の垂線と四面体（16点）

空間で

\[ O(0,0,0),A(3,0,0),B(0,6,0),C(0,0,9) \]

を考える。

（1）平面ABC上の点の座標が満たす方程式を求めなさい。（4点）

（2）Oから平面ABCに下ろした垂線の足Hと距離OHを求めなさい。（4点）

（3）四面体OABCの体積を2通りに表し、三角形ABCの面積を求めなさい。（8点）

解答・解説

第1問　三次方程式の実数解の個数

（1）

\(f'(x)=3(x-3)(x+3)\)。増減は順に増加・減少・増加なので、\(x=-3\) で極大、\(x=3\) で極小となる。

\[ \boxed{\text{極大値 }54,\quad\text{極小値 }-54} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に3点。

（2）

水平線が3つの単調な部分にそれぞれ1回交わる条件は、高さが極小値より大きく極大値より小さいことである。端点では接して重解をもつため除く。

\[ \boxed{-54<a<54} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に3点。

（3）

\(a=54\) では \(f(x)-a=(x-6)(x+3)^2\)。\(a=-54\) では \(f(x)-a=(x+6)(x-3)^2\)。

\[ \boxed{a=54:x=-3,6;\quad a=-54:x=-6,3} \]

採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に4点。

第2問　三項間漸化式と互いに素の証明

（1）

\[ a_{n+2}-a_{n+1}=3(a_{n+1}-a_n) \]

。初めの差は \(3\) なので \(a_{n+1}-a_n=3^n\)。初項に差の和を加える。

\[ \boxed{a_n=\frac{3^n-1}{2}} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に3点。

（2）

一般項を代入して \(1/(3-1)\) をくくり、等比数列の和と定数の和に分ける。

\[ \boxed{S_n=\frac{3(3^n-1)-2n}{4}} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に3点。

（3）

一般項から \(a_{n+1}=3a_n+1\)。2項の公約数はその差 \(a_{n+1}-3a_n=1\) を割る。

\[ \boxed{\gcd(a_n,a_{n+1})=1} \]

採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に4点。

第3問　停止する試行と期待値の連立

（1）

2回で止まる列は表表、3回で初めて止まる列は裏表表だけ。独立性により確率を掛ける。

\[ \boxed{P(T=2)=\frac{1}{9},\quad P(T=3)=\frac{2}{27}} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に3点。

（2）

\(p=1/3,q=1-p\) とする。2状態の期待値をE、Fとすると \(E=1+qE+pF\)、\(F=1+qE\)。代入して \(p^2E=1+p\)。

\[ \boxed{12} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に3点。

（3）

1回の表までの平均は \(3\) 回なので合計2回の表までの平均は \(6\) 回。連続という条件を課すと期待値は前問の値となる。

\[ \boxed{E_{\text{合計2回}}=6,\quad\text{差}=6} \]

採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に4点。

第4問　複素数の回転と正三角形

（1）

\[ C-A=(B-A)(\cos(\pi/3)\pm i\sin(\pi/3)) \]

。整理すると \(C=(A+B)/2\pm i\sqrt3(B-A)/2\)。両符号が2つの側を表す。

\[ \boxed{C=\frac{3}{2}(1\pm\sqrt3)(1+i)} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に3点。

（2）

\(|B-A|=3\sqrt2\)。正三角形の面積は辺の2乗の \(\sqrt3/4\) 倍。

\[ \boxed{S=\frac{9}{2}\sqrt{3}} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に3点。

（3）

正三角形の外心は重心とも一致するので \((A+B+C)/3\)。半径は辺の長さを \(\sqrt3\) で割る。

\[ \boxed{O_\pm=\frac{1}{2}(3\pm\sqrt3)(1+i),\quad R=\sqrt{6}} \]

採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に4点。

第5問　指数関数の最大値と積分の極限

（1）

\(f'(x)=e^{-3x}(1-3x)\)。指数因子は正なので \(x=1/3\) の前は増加、後は減少。

\[ \boxed{x=\frac1{3},\quad\max f=\frac1{3e}} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に2点。

（2）

部分積分する。原始関数は \(-\frac{3x+1}{9}e^{-3x}\) であり、微分でも確認できる。

\[ \boxed{\frac{1-(3a+1)e^{-3a}}{9}} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に2点。

（3）

\(e^{-3a}\) と \(ae^{-3a}\) はともに0に収束する。前問の式で残る定数項をとる。

\[ \boxed{\frac{1}{9}} \]

採点の目安：考え方と立式に4点、結論と条件の確認に4点。

第6問　空間の垂線と四面体

（1）

平面の方程式を \(ux+vy+wz=c\) とおき、3点を代入する。係数は共通倍してよい。

\[ \boxed{6x+3y+2z=18} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に2点。

（2）

法線ベクトルは \((6,3,2)\) なので \(H=s(6,3,2)\)。平面の式への代入で \(49s=18\)。距離は \(7s\)。

\[ \boxed{H=(\frac{108}{49},\frac{54}{49},\frac{36}{49}),\quad OH=\frac{18}{7}} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に2点。

（3）

底面OABの面積は \(9\)、Cからこの底面までの高さは \(9\) なので体積は \(27\)。一方、ABCを底面とすると \(V=S_{ABC}\cdot OH/3\)。

\[ \boxed{\frac{63}{2}} \]

採点の目安：考え方と立式に4点、結論と条件の確認に4点。