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東京都市大学 理系・数学IIIを含む 数学記述模試 第038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。基本事項から標準問題まで、各大問の3小問で段階的に確認します。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　三次関数の増減・接線・定積分（17点）

\(f(x)=x^3-45x^2\) とする。

（1）極大値と極小値を求めなさい。（5点）

（2）\(x=15\) における接線を求めなさい。（5点）

（3）\(\int_0^{45} f(x)\,dx\) を求めなさい。（7点）

第2問　内積・角度とベクトルの射影（17点）

\[ \mathbf a=(15,1),\ \mathbf b=(1,15) \]

とする。

（1）内積と、それぞれの大きさを求めなさい。（5点）

（2）2つのベクトルのなす角の余弦を求めなさい。（5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。（7点）

第3問　1の累乗根と積・距離の和（17点）

方程式 \(z^15=1\) の相異なる解を \(z_0,z_1,\ldots,z_{14}\) 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。（5点）

（2）\(\sum_{j=0}^{14}|z_j-1|^2\) を求めなさい。（5点）

（3）\(\prod_{j=1}^{14}(1-z_j)\) を求めなさい。（7点）

第4問　非復元抽出の組合せと期待値（17点）

袋に赤玉30個、青玉15個がある。玉を戻さず順に3個取り出す。赤玉の数をXとする。

（1）赤2個、青1個となる確率を求めなさい。（5点）

（2）赤玉の個数Xの期待値を求めなさい。（5点）

（3）赤2個、青1個だったという条件で、最初の玉が赤だった確率を求めなさい。（7点）

第5問　二次関数の頂点・解・不等式（16点）

実数全体で \(f(x)=x^2-30x+210\) を考える。

（1）平方完成して最小値とそれをとる値を求めなさい。（4点）

（2）方程式f(x)=0の解を求めなさい。（4点）

（3）不等式f(x)≤0を解きなさい。（8点）

第6問　三角関数の積分漸化式（16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。（4点）

（2）\(I_{30}\) を求めなさい。（4点）

（3）\(I_{31}\) を求めなさい。（8点）

解答・解説

第1問　三次関数の増減・接線・定積分

（1）

\(f\prime(x)=3x(x-30)\)。符号を調べるとx=0で極大、x=30で極小。

\[ \boxed{\text{極大値 }0,\quad\text{極小値 }-13500} \]

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）

傾きは \(-675\)、接点のy座標は \(-6750\)。点傾きの式で接線を求める。

\[ \boxed{y=-675x+3375} \]

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）

多項式を項別に積分し、上端と下端の値の差をとる。定積分は符号付きの値である。

\[ \boxed{-\frac{1366875}{4}} \]

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　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。

\[ \boxed{\mathbf a\cdot\mathbf b=30,\quad |\mathbf a|=|\mathbf b|=\sqrt{226}} \]

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）

内積を2つのベクトルの大きさの積で割る。

\[ \boxed{\frac{15}{113}} \]

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）

\[ |\mathbf a-t\mathbf b|^2=226t^2-60t+226 \]

。平方完成して頂点を求める。

\[ \boxed{\min=\frac{25088}{113},\quad t=\frac{15}{113}} \]

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　1の累乗根と積・距離の和

（1）

単位円を \(15\) 等分する点が解。等比数列の和、または多項式の \(z^{14}\) の係数から解の和が0と分かる。

\[ \boxed{z_j=\cos\frac{2\pi j}{15}+i\sin\frac{2\pi j}{15},\quad\sum z_j=0} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に3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。

\[ \boxed{30} \]

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）

\[ z^15-1=(z-1)\prod_{j=1}^{14}(z-z_j) \]

。\(z-1\) で割ると左辺は \(1+z+\cdots+z^{14}\)。多項式の恒等式にz=1を代入する。

\[ \boxed{15} \]

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　非復元抽出の組合せと期待値

（1）

色ごとに玉を選ぶ組合せの積を、全体から3個選ぶ組合せで割る。

\[ \boxed{\frac{435}{946}} \]

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）

各回が赤である指示変数の和で表す。各回の周辺確率は2/3で、期待値の加法性を使う。

\[ \boxed{2} \]

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）

条件の下で青玉の位置は3通りが等確率。最初が赤なのは残りの2通り。

\[ \boxed{\frac23} \]

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　二次関数の頂点・解・不等式

（1）

\(f(x)=(x-15)^2-15\)。平方は非負なので頂点で最小になる。

\[ \boxed{\min f=-15,\quad x=15} \]

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）

\((x-15)^2=15\) より、平方根の正負を両方とる。

\[ \boxed{x=15\pm\sqrt{15}} \]

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）

上に開く放物線の値が非正になるのは、2つの零点の間（端点を含む）である。

\[ \boxed{15-\sqrt{15}\le x\le 15+\sqrt{15}} \]

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　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2点。

（2）

\(I_0=\pi/2\) から漸化式を \(15\) 回使う。偶数の積と奇数の積を整理すると

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

。

\[ \boxed{\frac{9694845}{134217728}\pi} \]

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）

\(I_1=1\) から漸化式を \(15\) 回使う。\(I_{2m+1}=4^m(m!)^2/(2m+1)!\)。

\[ \boxed{\frac{67108864}{300540195}} \]

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。