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早稲田大学 基幹・創造・先進理工学部 数学記述模試 第097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。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　剰余定理と三次式の因数分解（17点）

\(P(x)=x^3+ax+b\) とし、\(P(22)=0\)、\(P(-22)=21296\) とする。

（1）a,bを求めなさい。（5点）

（2）P(x)=0の解をすべて求めなさい。（5点）

（3）P(x)を \(x-44\) で割った余りを求めなさい。（7点）

第2問　反復試行と条件付き確率（17点）

公平な硬貨を22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。（5点）

（2）表が少なくとも1回出る確率を求めなさい。（5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。（7点）

第3問　等周条件と三角形の面積（17点）

周の長さが \(132\) 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。（5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。（5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。（7点）

第4問　絶対値を含む面積の最適化（17点）

\(0\le a\le22\) とする。\(0\le x\le22\) で、曲線 \\(y=x^2\\) と直線 \(y=ax\) の間の面積をS(a)とする。

（1）交点で区間を分け、面積をaの式で表しなさい。（5点）

（2）面積が最小になるaを求め、端点との比較を含めて説明しなさい。（5点）

（3）面積の最小値を求めなさい。（7点）

第5問　回転軸を変える体積計算（16点）

\(0\le x\le22\) で曲線 \(y=x(22-x)\) とx軸で囲まれる領域をDとする。

（1）Dの面積を求めなさい。（4点）

（2）Dをx軸の周りに1回転してできる立体の体積を求めなさい。（4点）

（3）Dをy軸の周りに1回転してできる立体の体積を、yに垂直な切り口の面積を用いて求めなさい。（8点）

第6問　複素数の距離条件と逆数の軌跡（16点）

複素数zが \(|z-22|=2|z+22|\) を満たす。

（1）実部と虚部を使って軌跡の方程式を求め、中心と半径を示しなさい。（4点）

（2）絶対値の最大値と最小値、およびそれらをとる複素数を求めなさい。（4点）

（3）逆数w=1/zの軌跡も求めなさい。逆数が定義できる理由を述べなさい。（8点）

解答・解説

第1問　剰余定理と三次式の因数分解

（1）

2つの条件を代入してa,bの連立一次方程式を解く。

\[ \boxed{a=-968,\quad b=10648} \]

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）

\(P(x)=(x-22)\(x^2+22x-484\)\)。残った二次方程式に解の公式を使う。

\[ \boxed{x=22,11(-1\pm\sqrt5)} \]

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）

一次式で割った余りは、その一次式の零点での多項式の値に等しい。

\[ \boxed{53240} \]

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　反復試行と条件付き確率

（1）

表が出る2回を選ぶ方法は \(22\) 個の位置から2個選ぶ組合せ。各列の確率は同じ。

\[ \boxed{\frac{231}{4194304}} \]

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）

余事象はすべて裏である1列。全体からこの確率を引く。

\[ \boxed{\frac{4194303}{4194304}} \]

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）

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。

\[ \boxed{\frac{77}{1398101}} \]

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　等周条件と三角形の面積

（1）

\(b=132-2a\)。\(b>0\) と三角不等式 \(b<2a\) の両方を満たす必要がある。

\[ \boxed{b=132-2a,\quad 33<a<66} \]

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）

底辺を二等分して高さを求めると \(S^2=66(66-a)^2(2a-66)\)。微分すると \((S^2)'=396(66-a)(44-a)\)。存在範囲で \(a=44\) の前は正、後は負。最大は正三角形のとき。

\[ \boxed{a=b=44,\quad S_{\max}=484\sqrt3} \]

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）

半周長は \(66\)。内心から3辺に垂線を下ろして分割すると \(S=66r\)。

\[ \boxed{r=\frac{22}{3}\sqrt{3}} \]

採点の目安：考え方と立式に3点、結論と条件の確認に4点。

第4問　絶対値を含む面積の最適化

（1）

差は \(x(a-x)\)。\(0\le x\le a\) では直線が上、\(a\le x\le22\) では曲線が上。

\[ S=\int_0^a(ax-x^2)\,dx+\int_a^{22}(x^2-ax)\,dx \]

。

\[ \boxed{S(a)=\frac{a^3}3-242a+\frac{10648}{3}} \]

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）

\(S'(a)=a^2-242\)。定義域内で \(a=22/\sqrt2\) の前は減少、後は増加する。よって両端よりも小さい。

\[ \boxed{a=11\sqrt{2}} \]

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）

前問の値を面積の式に代入し、根号を整理して分母を有理化する。

\[ \boxed{S_{\min}=\frac{5324}{3}(2-\sqrt2)} \]

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　回転軸を変える体積計算

（1）

非負の関数の下の面積なので \(S=\int_0^{22}x(22-x)\,dx\)。

\[ \boxed{\frac{5324}{3}} \]

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）

切り口は半径 \(x(22-x)\) の円。

\[ V_x=\pi\int_0^{22}x^2(22-x)^2\,dx \]

。展開して項別に積分する。

\[ \boxed{\frac{2576816}{15}\pi} \]

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）

\(0\le y\le484/4\)。左右の境界は \(x_\pm=(22\pm\sqrt{484-4y})/2\)。切り口は環で、面積は

\[ \pi(x_+^2-x_-^2)=22\pi\sqrt{484-4y} \]

。これをyについて積分する。

\[ \boxed{\frac{117128}{3}\pi} \]

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　複素数の距離条件と逆数の軌跡

（1）

\(z=x+iy\) として2乗すると \((x-22)^2+y^2=4((x+22)^2+y^2)\)。平方完成して円の式に直す。

\[ \boxed{(x+\frac{110}{3})^2+y^2=\frac{7744}{9}} \]

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）

原点から中心までの距離は \(110/3\)、半径は \(88/3\)。円は原点を含まない。原点と中心を結ぶ直線上の2点で距離の極値をとる。

\[ \boxed{\max|z|=66\ (z=-66),\quad\min|z|=\frac{22}{3}\ (z=-\frac{22}{3})} \]

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。

（3）

前問の最小値が正なので逆数をとれる。条件を \(|1-22w|=2|1+22w|\) に直し、同様に平方完成する。

\[ \boxed{(\operatorname{Re}w+\frac{5}{66})^2+(\operatorname{Im}w)^2=\frac{4}{1089}} \]

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。