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東京大学 前期・理科 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II（全範囲）／数学III（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・平面上の曲線と複素数平面）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）

\(0\le x\le 6\) で \(f_t(x)=x^2-2tx+9\) 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=9\\) の内部の点 \(Q(\frac{3}{2},0)\) 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　抽出方法と条件付き確率（20点）

袋に赤玉 \(3\) 個、青玉 \(6\) 個が入っている。すべての玉は同様に確からしく選ばれる。

（1）戻さずに2個取り出すとき、両方が赤玉である確率を求めなさい。（6点）

（2）戻さずに2個取り出し、少なくとも1個は赤玉だったと分かった。両方が赤玉である条件付き確率を求めなさい。（6点）

（3）今度は1個目を戻してから2個目を取り出す。同じ条件付き確率を求め、前問の値と比較しなさい。（8点）

第4問　逆数で線形化し差を足す（20点）

\[ a_1=1/3,\ a_{n+1}=a_n/(1+a_n) \]

で数列を定める。

（1）すべての項が正であることを確認し、一般項を求めなさい。（6点）

（2）\(\sum_{j=1}^n a_ja_{j+1}\) を求めなさい。（6点）

（3）\(\prod_{j=1}^n(1+a_j)\) を求めなさい。（8点）

第5問　区分求積と和の極限（20点）

正の整数nについて、

\[ A_n=\frac1n\sum_{j=1}^n\sqrt{3+\frac jn} \]

、\(B_n=\sum_{j=1}^n\frac1{3n+j}\) 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。（6点）

（2）Aの数列の極限を求めなさい。（6点）

（3）Bの数列の極限を求めなさい。（8点）

第6問　1の累乗根と積・距離の和（20点）

方程式 \(z^3=1\) の相異なる解を \(z_0,z_1,\ldots,z_{2}\) 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。（6点）

（2）\(\sum_{j=0}^{2}|z_j-1|^2\) を求めなさい。（6点）

（3）\(\prod_{j=1}^{2}(1-z_j)\) 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 \(f_t(x)=(x-t)^2+9-t^2\)。頂点が区間の左側・内部・右側にある場合に分ける。

\[ \boxed{\min f_t=\begin{cases}9&t\le0\\9-t^2&0<t<6\\45-12t&t\ge6\end{cases}} \]

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 \(-3\le t\le 3\) 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。

\[ \boxed{t\le3} \]

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 \(t>3\) または \(t<-3\)。解の積が正で、区間が非負なので \(t>3\) が必要。頂点が区間内にあり、\(f_t(0)>0\)、\(f_t(6)\ge0\) なら2解とも区間内。右端での値は \(45-12t\)。

\[ \boxed{3<t\le \frac{15}{4}} \]

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）

\(x=\frac{3}{2}\) を円の式に代入する。\\(y^2=\frac{27}{4}\\)。

\[ \boxed{(\frac{3}{2},\pm \frac{3}{2}\sqrt{3})} \]

採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。

（2）

直線は \(mx-y-\frac{3}{2}m=0\)。原点からの距離をdとすると \(d^2=\frac{9m^2}{4(1+m^2)}\)。弦の半分と距離と半径で直角三角形を作り、\(AB=2\sqrt{9-d^2}\)。

\[ \boxed{AB=3\sqrt{\frac{4+3m^2}{1+m^2}}} \]

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 \(0\le d\le3/2\)。面積の2乗は \(d^2(9-d^2)\)。\(s=d^2\) とおくと \(s(9-s)\) は \(0\le s\le9/4\) で増加する。距離が最大となるのは鉛直の直線。

\[ \boxed{\max S=\frac{9}{4}\sqrt{3},\quad x=\frac{3}{2}} \]

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。

第3問　抽出方法と条件付き確率

（1）

最初の赤の確率は1/3、2個目は \((3-1)/(9-1)\)。順序を区別しない組合せによる数え方でも一致する。

\[ \boxed{\frac{1}{12}} \]

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）

少なくとも1個が赤という確率は \(1-\frac{6(6-1)}{9(9-1)}\)。両方が赤という確率をこれで割る。

\[ \boxed{\frac{1}{7}} \]

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）

復元抽出では各回の赤の確率が1/3で独立。両方赤は1/9、少なくとも1個赤は5/9。比較には \(5(3-1)<15-1\) を用いる。

\[ \boxed{\frac15>\frac{1}{7}} \]

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　逆数で線形化し差を足す

（1）

初項が正で、正の項から次の正の項が作られるので帰納的にすべて正。逆数をとると \(1/a_{n+1}=1/a_n+1\)。

\[ \boxed{a_n=\frac1{n+2}} \]

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。

（2）

漸化式から

\[ a_j-a_{j+1}=a_j^2/(1+a_j)=a_ja_{j+1} \]

。和をとると中間の項が消える。

\[ \boxed{\frac1{3}-\frac1{n+3}=\frac{n}{3(n+3)}} \]

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）

漸化式を変形すると \(1+a_j=a_j/a_{j+1}\)。積では中間の項が約分される。

\[ \boxed{\frac{n+3}{3}} \]

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5問　区分求積と和の極限

（1）

\(A_n\) は \(f(x)=\sqrt{3+x}\)、

\[ B_n=\frac1n\sum_{j=1}^n\frac1{3+j/n} \]

は \(g(x)=1/(3+x)\) 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3点、結論と条件の確認に3点。

（2）

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

。

\[ \boxed{\frac23(8-3\sqrt{3})} \]

採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に3点。

（3）

\[ \lim B_n=\int_0^1\frac1{3+x}\,dx=[\log(3+x)]_0^1 \]

。

\[ \boxed{\log\frac{4}{3}} \]

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　1の累乗根と積・距離の和

（1）

単位円を \(3\) 等分する点が解。等比数列の和、または多項式の \(z^{2}\) の係数から解の和が0と分かる。

\[ \boxed{z_j=\cos\frac{2\pi j}{3}+i\sin\frac{2\pi j}{3},\quad\sum z_j=0} \]

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）

\(|z_j|=1\) なので

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

。前問の和を使う。

\[ \boxed{6} \]

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）

\[ z^3-1=(z-1)\prod_{j=1}^{2}(z-z_j) \]

。\(z-1\) で割ると左辺は \(1+z+\cdots+z^{2}\)。多項式の恒等式にz=1を代入する。

\[ \boxed{3} \]

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。