東京大学 前期・文科 数学記述模試 第085回
この回のテストポイント
- 第1問：対数方程式の存在条件
- 第2問：等周条件と三角形の面積
- 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 対数方程式の存在条件（20点）
\(\log_2 x+\log_2(18-x)=a\) を考える。\(a\) は実数である。
（1）真数条件を示し、実数解が存在するための必要十分条件を求めなさい。（6点）
（2）実数解の個数を場合分けして求めなさい。（6点）
（3）\(a=\log_2 \frac{243}{4}\) のとき、すべての解を求めなさい。（8点）
第2問 等周条件と三角形の面積（20点）
周の長さが \(108\) の二等辺三角形を考える。等しい2辺の長さをa、底辺の長さをbとする。
（1）底辺をaで表し、三角形が存在するaの範囲を求めなさい。（6点）
（2）面積が最大になる辺の長さと最大面積を求め、最大になる理由を示しなさい。（6点）
（3）面積が最大になる三角形の内接円の半径を求めなさい。（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 \(1/18\)、裏の確率が \(17/18\) 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）
\(a_1=18,\ a_{n+1}=2a_n+18\) 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 対数方程式の存在条件
（1）
真数条件は \(0<x<18\)。\(x(18-x)=324/4-(x-18/2)^2\) なので、この積の値域は \((0,324/4]\)。対数の底が1より大きいことを使う。
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。
（2）
積が最大値より小さい正の値なら頂点の左右に1解ずつ、最大値なら頂点に1解、それを超えれば解はない。対数の真数条件も満たす。
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）
\(x(18-x)=\frac{243}{4}\) を解く。2つの解の和は \(18\)、積は右辺。得られた解が真数条件に入ることを確認する。
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2問 等周条件と三角形の面積
（1）
\(b=108-2a\)。\(b>0\) と三角不等式 \(b<2a\) の両方を満たす必要がある。
採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。
（2）
底辺を二等分して高さを求めると \(S^2=54(54-a)^2(2a-54)\)。微分すると \((S^2)'=324(54-a)(36-a)\)。存在範囲で \(a=36\) の前は正、後は負。最大は正三角形のとき。
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）
半周長は \(54\)。内心から3辺に垂線を下ろして分割すると \(S=54r\)。
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）
\(p=1/18,q=1-p\) 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 \(18\) 回なので合計2回の表までの平均は \(36\) 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）
\(a_{n+1}+18=2(a_n+18)\) なので \(a_n+18=36\cdot2^{n-1}\)。
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）
\(a_j/2^j=18(1-2^{-j})\)。\(\sum_{j=1}^n2^{-j}=1-2^{-n}\) 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。