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東洋大学 理系・数学IIIを含む 数学記述模試 第043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　区分求積と和の極限（17点）

正の整数nについて、

\[ A_n=\frac1n\sum_{j=1}^n\sqrt{21+\frac jn} \]

、

\[ B_n=\sum_{j=1}^n\frac1{21n+j} \]

とする。

（1）両方の和を、幅1/nの分割に対応する区分求積の形で説明しなさい。（5点）

（2）Aの数列の極限を求めなさい。（5点）

（3）Bの数列の極限を求めなさい。（7点）

第2問　部分分数分解と有限和の評価（17点）

\(a_n=\frac1{(n+21)(n+22)}\) とする。

（1）aₙを2つの分数の差に分解しなさい。（5点）

（2）初項から第n項までの和Sₙを求めなさい。（5点）

（3）\(S_n\ge\frac1{44}\) となる最小の正の整数n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 \(z^21=1\) の相異なる解を \(z_0,z_1,\ldots,z_{20}\) 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）\(\sum_{j=0}^{20}|z_j-1|^2\) を求めなさい。（5点）

（3）\(\prod_{j=1}^{20}(1-z_j)\) を求めなさい。（7点）

第4問　指数方程式・不等式と置換（17点）

\(F(x)=4^x-22\cdot2^x+21\) とする。

（1）F(x)=0を解きなさい。（5点）

（2）F(x)≤0を解きなさい。（5点）

（3）F(x)の最小値と、その値をとるxを求めなさい。（7点）

第5問　合同な2円の交点と共通弦（16点）

中心O(0,0)、A(21,0)、半径がともに21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。（4点）

（2）共通弦PQの長さを求めなさい。（4点）

（3）三角形OAPの面積を求めなさい。（8点）

第6問　絶対値の和と場合分け（16点）

\(f(x)=|x-21|+|x+21|\) 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 \(f(x)\le 63\) を解きなさい。（8点）

解答・解説

第1問　区分求積と和の極限

（1）

\(A_n\) は \(f(x)=\sqrt{21+x}\)、

\[ B_n=\frac1n\sum_{j=1}^n\frac1{21+j/n} \]

は \(g(x)=1/(21+x)\) の右端の値を用いた和。両方とも区間[0,1]で連続なので定積分に収束する。

\[ \boxed{A_n\to\int_0^1f(x)\,dx,\quad B_n\to\int_0^1g(x)\,dx} \]

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）

\[ \lim A_n=\int_0^1\sqrt{21+x}\,dx=[\frac23(21+x)^{3/2}]_0^1 \]

。

\[ \boxed{\frac23(22\sqrt{22}-21\sqrt{21})} \]

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）

\[ \lim B_n=\int_0^1\frac1{21+x}\,dx=[\log(21+x)]_0^1 \]

。

\[ \boxed{\log\frac{22}{21}} \]

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　部分分数分解と有限和の評価

（1）

分子が隣接する分母の差であることを利用する。

\[ \boxed{a_n=\frac1{n+21}-\frac1{n+22}} \]

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）

隣接する項が打ち消し合い、最初と最後の分数だけが残る。

\[ \boxed{S_n=\frac{n}{22(n+22)}} \]

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）

前問の和を代入する。分母は正なので両辺に掛けてnの不等式へ直す。

\[ \boxed{22} \]

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 \(21\) 等分する点が解。等比数列の和、または多項式の \(z^{20}\) の係数から解の和が0と分かる。

\[ \boxed{z_j=\cos\frac{2\pi j}{21}+i\sin\frac{2\pi j}{21},\quad\sum z_j=0} \]

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。

\[ \boxed{42} \]

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）

\[ z^21-1=(z-1)\prod_{j=1}^{20}(z-z_j) \]

。\(z-1\) で割ると左辺は \(1+z+\cdots+z^{20}\)。多項式の恒等式にz=1を代入する。

\[ \boxed{21} \]

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　指数方程式・不等式と置換

（1）

\(u=2^x>0\) とすると \(u^2-22u+21=(u-1)(u-21)\)。

\[ \boxed{x=0,\log_221} \]

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）

置換後の二次式が非正なのは2つの根の間。指数関数の単調性でxの範囲へ戻す。

\[ \boxed{0\le x\le\log_221} \]

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）

平方完成する。頂点のuは正なので元の指数関数でその値を実現できる。

\[ \boxed{\min F=-100,\quad x=\log_211} \]

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　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 \(\frac{21}{2}\)。直角三角形で三平方の定理を使って高さを求める。

\[ \boxed{P=(\frac{21}{2},\frac{21}{2}\sqrt{3}),\quad Q=(\frac{21}{2},-\frac{21}{2}\sqrt{3})} \]

採点の目安：考え方と立式に2点、結論と条件の確認に2点。

（2）

PQは縦の線分なのでy座標の差をとる。

\[ \boxed{21\sqrt3} \]

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）

底辺OAと高さPのy座標を掛けて2で割る。

\[ \boxed{\frac{441}{4}\sqrt{3}} \]

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 \(-21,21\)。各区間でそれぞれの絶対値の中身の符号を調べる。

\[ \boxed{f(x)=\begin{cases}-2x&x<-21\\42&-21\le x\le21\\2x&x>21\end{cases}} \]

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。

\[ \boxed{\min f=42,\quad -21\le x\le21} \]

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 \(-2x\le 63\)、\(2x\le 63\)。中央の区間はすべて条件を満たす。

\[ \boxed{-\frac{63}{2}\le x\le \frac{63}{2}} \]

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。