東京大学 前期・文科 数学記述模試 第047回
この回のテストポイント
- 第1問：定義域のある二次関数とパラメータ
- 第2問：円の弦と三角形の面積の最大化
- 第3問：停止する試行と期待値の連立
- 第4問：固定点を引く漸化式と重み付きの和
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II（全範囲）／数学A（全範囲）／数学B（数列・統計的な推測）／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。
時間・配点・範囲は2027年度の公式選抜要項を確認しています（確認日：2026-10-03）。大問数と記述形式は公開試験（2026年度）を参考にした演習設計です。小問配点は本模試の採点基準です。
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問題
第1問 定義域のある二次関数とパラメータ（20点）
\(0\le x\le 24\) で \(f_t(x)=x^2-2tx+144\) とする。\(t\) は実数である。
（1）最小値を、パラメータの範囲で場合分けして求めなさい。（6点）
（2）定義域内のすべての値で関数値が非負になる条件を求めなさい。（6点）
（3）方程式 \(f_t(x)=0\) が定義域内に異なる2つの解をもつ条件を求めなさい。（8点）
第2問 円の弦と三角形の面積の最大化（20点）
円 \\(x^2+y^2=144\\) の内部の点 \(Q(6,0)\) を通る直線が、円とA、Bで交わる。
（1）直線が鉛直のとき、2つの交点を求めなさい。（6点）
（2）直線の傾きを実数mとするとき、弦ABの長さを求めなさい。（6点）
（3）鉛直の直線も含め、原点OとA、Bでできる三角形の面積の最大値を求め、等号が成り立つ直線を示しなさい。（8点）
第3問 停止する試行と期待値の連立（20点）
表の確率が \(1/12\)、裏の確率が \(11/12\) 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。（6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。（6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。（8点）
第4問 固定点を引く漸化式と重み付きの和（20点）
\(a_1=12,\ a_{n+1}=2a_n+12\) で定まる数列を考える。
（1）適当な定数を加えて等比数列を作り、一般項を求めなさい。（6点）
（2）初項から第n項までの和を求めなさい。（6点）
（3）\(\sum_{j=1}^n a_j/2^j\) を求めなさい。（8点）
解答・解説
第1問 定義域のある二次関数とパラメータ
（1）
平方完成すると \(f_t(x)=(x-t)^2+144-t^2\)。頂点が区間の左側・内部・右側にある場合に分ける。
採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。
（2）
前問の最小値を0以上にする。内部の場合は \(-12\le t\le 12\) だが \(t>0\) との共通範囲をとる。右側の場合は条件を満たさない。
採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。
（3）
判別式より \(t>12\) または \(t<-12\)。解の積が正で、区間が非負なので \(t>12\) が必要。頂点が区間内にあり、\(f_t(0)>0\)、\(f_t(24)\ge0\) なら2解とも区間内。右端での値は \(720-48t\)。
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2問 円の弦と三角形の面積の最大化
（1）
\(x=6\) を円の式に代入する。\\(y^2=108\\)。
採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。
（2）
直線は \(mx-y-6m=0\)。原点からの距離をdとすると \(d^2=\frac{144m^2}{4(1+m^2)}\)。弦の半分と距離と半径で直角三角形を作り、\(AB=2\sqrt{144-d^2}\)。
採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。
（3）
直線がQを通るので \(0\le d\le12/2\)。面積の2乗は \(d^2(144-d^2)\)。\(s=d^2\) とおくと \(s(144-s)\) は \(0\le s\le144/4\) で増加する。距離が最大となるのは鉛直の直線。
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。
採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。
（2）
\(p=1/12,q=1-p\) 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 \(p^2E=1+p\)。
採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。
（3）
1回の表までの平均は \(12\) 回なので合計2回の表までの平均は \(24\) 回。連続という条件を課すと期待値は前問の値となる。
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4問 固定点を引く漸化式と重み付きの和
（1）
\(a_{n+1}+12=2(a_n+12)\) なので \(a_n+12=24\cdot2^{n-1}\)。
採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。
（2）
一般項を代入し、\(\sum_{j=1}^n2^j=2^{n+1}-2\) を使う。
採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。
（3）
\(a_j/2^j=12(1-2^{-j})\)。\(\sum_{j=1}^n2^{-j}=1-2^{-n}\) を差し引く。
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。