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大阪公立大学 文系・数学IIまで 数学記述模試 第065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）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　内積・角度とベクトルの射影（25点）

\[ \mathbf a=(14,1),\ \mathbf b=(1,14) \]

とする。

（1）内積と、それぞれの大きさを求めなさい。（7点）

（2）2つのベクトルのなす角の余弦を求めなさい。（7点）

（3）実数tに対し、|a−tb|²の最小値とそのときのtを求めなさい。（11点）

第2問　三角関数を二次関数に置き換える（25点）

\(0\le\theta\le\pi/2\) で

\[ f(\theta)=\sin\theta+14\cos2\theta \]

とする。

（1）正弦の値を新しい変数にして、二次関数で表しなさい。新しい変数の範囲も書きなさい。（7点）

（2）最大値と最小値、およびそれらをとる条件を求めなさい。（7点）

（3）開区間 \(0<\theta<\pi/2\) で \(f(\theta)=14\) を満たす角がただ1つであることを示し、正弦の値を求めなさい。（11点）

第3問　集合の包含と人数の計算（25点）

70人のクラスで、集合Aの人数は42人、集合Bは28人、両方に属する人数は14人とする。

（1）少なくとも一方に属する人数を求めなさい。（7点）

（2）どちらにも属さない人数を求めなさい。（7点）

（3）一方だけに属する人数を求めなさい。（11点）

第4問　絶対値を含む面積の最適化（25点）

\(0\le a\le14\) とする。\(0\le x\le14\) で、曲線 \\(y=x^2\\) と直線 \(y=ax\) の間の面積をS(a)とする。

（1）交点で区間を分け、面積をaの式で表しなさい。（7点）

（2）面積が最小になるaを求め、端点との比較を含めて説明しなさい。（7点）

（3）面積の最小値を求めなさい。（11点）

解答・解説

第1問　内積・角度とベクトルの射影

（1）

対応する成分の積の和が内積。大きさは成分の2乗和の平方根。

\[ \boxed{\mathbf a\cdot\mathbf b=28,\quad |\mathbf a|=|\mathbf b|=\sqrt{197}} \]

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。

（2）

内積を2つのベクトルの大きさの積で割る。

\[ \boxed{\frac{28}{197}} \]

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。

（3）

\[ |\mathbf a-t\mathbf b|^2=197t^2-56t+197 \]

。平方完成して頂点を求める。

\[ \boxed{\min=\frac{38025}{197},\quad t=\frac{28}{197}} \]

採点の目安：考え方と立式に5点、結論と条件の確認に6点。

第2問　三角関数を二次関数に置き換える

（1）

\(t=\sin\theta\) とすると \(\cos2\theta=1-2t^2\)。元の角の範囲より \(0\le t\le1\)。

\[ \boxed{f=14+t-28t^2,\quad0\le t\le1} \]

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。

（2）

平方完成より

\[ f=14+\frac1{112}-28(t-\frac1{56})^2 \]

。頂点は区間内にある。上に凸の放物線なので、最小は両端を比較する。\(f(0)=14\)、\(f(1)=-13\)。

\[ \boxed{\max f=\frac{1569}{112}\ (\sin\theta=\frac1{56}),\quad\min f=-13\ (\theta=\pi/2)} \]

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。

（3）

\(t-28t^2=0\) の解は0と \(1/28\)。開区間では0を除く。正弦はこの角の区間で狭義単調増加なので、対応する角もただ1つ。

\[ \boxed{\sin\theta=\frac1{28}} \]

採点の目安：考え方と立式に5点、結論と条件の確認に6点。

第3問　集合の包含と人数の計算

（1）

AとBの人数の和では共通部分を2回数えるため1回分引く。

\[ \boxed{56} \]

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。

（2）

全体から和集合の人数を引く。

\[ \boxed{14} \]

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。

（3）

和集合から共通部分を引く。

\[ \boxed{42} \]

採点の目安：考え方と立式に5点、結論と条件の確認に6点。

第4問　絶対値を含む面積の最適化

（1）

差は \(x(a-x)\)。\(0\le x\le a\) では直線が上、\(a\le x\le14\) では曲線が上。

\[ S=\int_0^a(ax-x^2)\,dx+\int_a^{14}(x^2-ax)\,dx \]

。

\[ \boxed{S(a)=\frac{a^3}3-98a+\frac{2744}{3}} \]

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。

（2）

\(S'(a)=a^2-98\)。定義域内で \(a=14/\sqrt2\) の前は減少、後は増加する。よって両端よりも小さい。

\[ \boxed{a=7\sqrt{2}} \]

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。

（3）

前問の値を面積の式に代入し、根号を整理して分母を有理化する。

\[ \boxed{S_{\min}=\frac{1372}{3}(2-\sqrt2)} \]

採点の目安：考え方と立式に5点、結論と条件の確認に6点。