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立命館大学 理系・数学IIIを含む 数学記述模試 第077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　合同な2円の交点と共通弦（17点）

中心O(0,0)、A(20,0)、半径がともに20の2円を考える。上側の交点をP、下側をQとする。

（1）P,Qの座標を求めなさい。（5点）

（2）共通弦PQの長さを求めなさい。（5点）

（3）三角形OAPの面積を求めなさい。（7点）

第2問　絶対値を含む面積の最適化（17点）

\(0\le a\le20\) とする。\(0\le x\le20\) 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。（5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。（5点）

（3）面積の最小値を求めなさい。（7点）

第3問　三角関数の積分漸化式（17点）

\[ I_n=\int_0^{\pi/2}\sin^n x\,dx \]

とする。\(n\) は0以上の整数である。

（1）部分積分により、次数を2つ下げる漸化式を導きなさい。（5点）

（2）\(I_{40}\) を求めなさい。（5点）

（3）\(I_{41}\) を求めなさい。（7点）

第4問　整数を選ぶ確率と条件付き確率（17点）

1から40までの整数が1枚ずつ書かれたカードから、1枚を等確率で選ぶ。Aを偶数が出る事象、Bを20より大きい数が出る事象とする。

（1）P(A),P(B)を求めなさい。（5点）

（2）P(A∩B)を求めなさい。（5点）

（3）P(A|B)を求め、AとBが独立かどうか判定しなさい。（7点）

第5問　1の累乗根と積・距離の和（16点）

方程式 \(z^20=1\) の相異なる解を \(z_0,z_1,\ldots,z_{19}\) とし、\(z_0=1\) とする。

（1）解を三角関数で表し、解の和を求めなさい。（4点）

（2）\(\sum_{j=0}^{19}|z_j-1|^2\) を求めなさい。（4点）

（3）\(\prod_{j=1}^{19}(1-z_j)\) を求めなさい。（8点）

第6問　絶対値の和と場合分け（16点）

\(f(x)=|x-20|+|x+20|\) とする。

（1）絶対値を外し、区間で場合分けして表しなさい。（4点）

（2）最小値と、その値をとるすべてのxを求めなさい。（4点）

（3）不等式 \(f(x)\le 60\) を解きなさい。（8点）

解答・解説

第1問　合同な2円の交点と共通弦

（1）

PもQもOとAから等距離なので、OAの垂直二等分線上にある。横座標は \(10\)。直角三角形で三平方の定理を使って高さを求める。

\[ \boxed{P=(10,10\sqrt{3}),\quad Q=(10,-10\sqrt{3})} \]

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。

（2）

PQは縦の線分なのでy座標の差をとる。

\[ \boxed{20\sqrt3} \]

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）

底辺OAと高さPのy座標を掛けて2で割る。

\[ \boxed{100\sqrt{3}} \]

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　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、\(a\le x\le20\) では曲線が上。

\[ S=\int_0^a(ax-x^2)\,dx+\int_a^{20}(x^2-ax)\,dx \]

。

\[ \boxed{S(a)=\frac{a^3}3-200a+\frac{8000}{3}} \]

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。

（2）

\(S'(a)=a^2-200\)。定義域内で \(a=20/\sqrt2\) の前は減少、後は増加する。よって両端よりも小さい。

\[ \boxed{a=10\sqrt{2}} \]

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。

（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。

\[ \boxed{S_{\min}=\frac{4000}{3}(2-\sqrt2)} \]

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　三角関数の積分漸化式

（1）

\(n\ge2\) とする。\(\sin^{n-1}x\) と \(\sin x\) に分けて部分積分すると、境界項は0で

\[ I_n=(n-1)\int\sin^{n-2}x\cos^2x\,dx=(n-1)(I_{n-2}-I_n) \]

。

\[ \boxed{I_n=\frac{n-1}nI_{n-2}\quad(n\ge2)} \]

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）

\(I_0=\pi/2\) から漸化式を \(20\) 回使う。偶数の積と奇数の積を整理すると

\[ I_{2m}=\binom{2m}{m}\pi/(2\cdot4^m) \]

。

\[ \boxed{\frac{34461632205}{549755813888}\pi} \]

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）

\(I_1=1\) から漸化式を \(20\) 回使う。\(I_{2m+1}=4^m(m!)^2/(2m+1)!\)。

\[ \boxed{\frac{274877906944}{1412926920405}} \]

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　整数を選ぶ確率と条件付き確率

（1）

偶数はk個、上半分の数もk個。全体は2k枚。

\[ \boxed{P(A)=P(B)=\frac12} \]

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）

共通部分の偶数の個数は \(20-\lfloor20/2\rfloor\)。全体の枚数で割る。

\[ \boxed{\frac{1}{4}} \]

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）

条件付き確率は共通部分の確率をP(B)で割る。これがP(A)=1/2と等しい条件を調べる。

\[ \boxed{P(A\mid B)=\frac{1}{2},\quad\text{独立である}} \]

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　1の累乗根と積・距離の和

（1）

単位円を \(20\) 等分する点が解。等比数列の和、または多項式の \(z^{19}\) の係数から解の和が0と分かる。

\[ \boxed{z_j=\cos\frac{2\pi j}{20}+i\sin\frac{2\pi j}{20},\quad\sum z_j=0} \]

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）

\(|z_j|=1\) なので

\[ |z_j-1|^2=2-2\operatorname{Re}z_j \]

。前問の和を使う。

\[ \boxed{40} \]

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）

\[ z^20-1=(z-1)\prod_{j=1}^{19}(z-z_j) \]

。\(z-1\) で割ると左辺は \(1+z+\cdots+z^{19}\)。多項式の恒等式にz=1を代入する。

\[ \boxed{20} \]

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　絶対値の和と場合分け

（1）

符号が変わる点は \(-20,20\)。各区間でそれぞれの絶対値の中身の符号を調べる。

\[ \boxed{f(x)=\begin{cases}-2x&x<-20\\40&-20\le x\le20\\2x&x>20\end{cases}} \]

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）

中央の区間では一定で、その外側では端点から離れるほど増加する。

\[ \boxed{\min f=40,\quad -20\le x\le20} \]

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）

左右の外側で \(-2x\le 60\)、\(2x\le 60\)。中央の区間はすべて条件を満たす。

\[ \boxed{-30\le x\le 30} \]

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。