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早稲田大学 教育学部・文系数学 数学記述模試 第095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）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。応用問題で、場合分け・必要十分条件・証明の記述を重視します。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　等周条件と三角形の面積（25点）

周の長さが \(54\) 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。（7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。（7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。（11点）

第2問　三項間漸化式と互いに素の証明（25点）

\[ a_1=1,\ a_2=10,\ a_{n+2}=10a_{n+1}-9a_n \]

とする。

（1）隣り合う項の差に着目して一般項を求めなさい。（7点）

（2）初項から第n項までの和を求めなさい。（7点）

（3）隣り合う2項が常に互いに素であることを証明しなさい。（11点）

第3問　反復試行と条件付き確率（25点）

公平な硬貨を9回投げる。表の回数をXとする。

（1）表がちょうど2回出る確率を求めなさい。（7点）

（2）表が少なくとも1回出る確率を求めなさい。（7点）

（3）表が少なくとも1回出たという条件で、ちょうど2回出た確率を求めなさい。（11点）

第4問　対数方程式の存在条件（25点）

\(\log_2 x+\log_2(9-x)=a\) 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。（7点）

（2）実数解の個数を場合分けして求めなさい。（7点）

（3）\(a=\log_2 \frac{243}{16}\) のとき、すべての解を求めなさい。（11点）

解答・解説

第1問　等周条件と三角形の面積

（1）

\(b=54-2a\)。\(b>0\) と三角不等式 \(b<2a\) の両方を満たす必要がある。

\[ \boxed{b=54-2a,\quad \frac{27}{2}<a<27} \]

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。

（2）

底辺を二等分して高さを求めると \(S^2=27(27-a)^2(2a-27)\)。微分すると \((S^2)'=162(27-a)(18-a)\)。存在範囲で \(a=18\) の前は正、後は負。最大は正三角形のとき。

\[ \boxed{a=b=18,\quad S_{\max}=81\sqrt3} \]

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。

（3）

半周長は \(27\)。内心から3辺に垂線を下ろして分割すると \(S=27r\)。

\[ \boxed{r=3\sqrt{3}} \]

採点の目安：考え方と立式に5点、結論と条件の確認に6点。

第2問　三項間漸化式と互いに素の証明

（1）

\[ a_{n+2}-a_{n+1}=9(a_{n+1}-a_n) \]

。初めの差は \(9\) なので \(a_{n+1}-a_n=9^n\)。初項に差の和を加える。

\[ \boxed{a_n=\frac{9^n-1}{8}} \]

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。

（2）

一般項を代入して \(1/(9-1)\) をくくり、等比数列の和と定数の和に分ける。

\[ \boxed{S_n=\frac{9(9^n-1)-8n}{64}} \]

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。

（3）

一般項から \(a_{n+1}=9a_n+1\)。2項の公約数はその差 \(a_{n+1}-9a_n=1\) を割る。

\[ \boxed{\gcd(a_n,a_{n+1})=1} \]

採点の目安：考え方と立式に5点、結論と条件の確認に6点。

第3問　反復試行と条件付き確率

（1）

表が出る2回を選ぶ方法は \(9\) 個の位置から2個選ぶ組合せ。各列の確率は同じ。

\[ \boxed{\frac{9}{128}} \]

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。

（2）

余事象はすべて裏である1列。全体からこの確率を引く。

\[ \boxed{\frac{511}{512}} \]

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。

（3）

ちょうど2回表が出る事象は条件の事象に含まれるので、前2問の確率の比をとる。

\[ \boxed{\frac{36}{511}} \]

採点の目安：考え方と立式に5点、結論と条件の確認に6点。

第4問　対数方程式の存在条件

（1）

真数条件は \(0<x<9\)。\(x(9-x)=81/4-(x-9/2)^2\) なので、この積の値域は \((0,81/4]\)。対数の底が1より大きいことを使う。

\[ \boxed{0<x<9,\quad a\le\log_2 \frac{81}{4}} \]

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。

（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。

\[ \boxed{a<\log_2 \frac{81}{4}:2\text{個};\quad a=\log_2 \frac{81}{4}:1\text{個};\quad a>\log_2 \frac{81}{4}:0\text{個}} \]

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。

（3）

\(x(9-x)=\frac{243}{16}\) を解く。2つの解の和は \(9\)、積は右辺。得られた解が真数条件に入ることを確認する。

\[ \boxed{x=\frac{9}{4},\ \frac{27}{4}} \]

採点の目安：考え方と立式に5点、結論と条件の確認に6点。