上智大学
2014年 法(法),外国語(フランス・イスパニア・ロシア) 第3問

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xy平面の原点Oを中心とする半径1の円形の壁の内側に鏡をはり,点(1,0)から鏡の1点に向けて光を発し反射させる.ただし,壁と鏡の厚さは無視できるものとする.光は,あたった鏡の1点と原点を結ぶ直線に関して対称な方向へ反射される.例えば,(1,0)から(0,1)に向けて発せられた光は下図のように(0,1),(-1,0),(0,-1)で3回反射され,(1,0)にもどってくる.y座標が正の方向へ光を発するものとして,以下の問いに答えよ.(1)光が鏡で2回反射されて初めて(1,0)にもどるには,鏡の1点(\frac{[ム]}{[メ]},\frac{\sqrt{[モ]}}{[ヤ]})に向けて光を発すればよい.(2)光が鏡で4回反射されて初めて(1,0)にもどるには,(cosθ_1,sinθ_1),(cosθ_2,sinθ_2)(0<θ_1<θ_2<π)のいずれかに向けて光を発すればよい.ここで,θ_1=\frac{[ユ]}{[ヨ]}π,θ_2=\frac{[ラ]}{[リ]}πである.このとき,cosθ_1=\frac{[ル]+\sqrt{[レ]}}{[ロ]}である.(3)光が鏡で6回反射されて初めて(1,0)にもどるには,A(cosθ_3,sinθ_3),B(cosθ_4,sinθ_4),C(cosθ_5,sinθ_5)(0<θ_3<θ_4<θ_5<π)のいずれかに向けて光を発すればよい.ここで,θ_5=\frac{[ワ]}{[ヲ]}πである.(4)(3)でA,B,Cそれぞれに向けて光を発したときの光の通る経路を図示すると,Aの場合は[あ],Bの場合は[い],Cの場合は[う]である.[あ]~[う]には以下の
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$xy$平面の原点$\mathrm{O}$を中心とする半径$1$の円形の壁の内側に鏡をはり,点$(1,\ 0)$から鏡の$1$点に向けて光を発し反射させる.ただし,壁と鏡の厚さは無視できるものとする.光は,あたった鏡の$1$点と原点を結ぶ直線に関して対称な方向へ反射される.
例えば,$(1,\ 0)$から$(0,\ 1)$に向けて発せられた光は下図のように$(0,\ 1)$,$(-1,\ 0)$,$(0,\ -1)$で$3$回反射され,$(1,\ 0)$にもどってくる.
$y$座標が正の方向へ光を発するものとして,以下の問いに答えよ.

(1) 光が鏡で$2$回反射されて初めて$(1,\ 0)$にもどるには,鏡の$1$点$\displaystyle \left( \frac{\fbox{ム}}{\fbox{メ}},\ \frac{\sqrt{\fbox{モ}}}{\fbox{ヤ}} \right)$に向けて光を発すればよい.
(2) 光が鏡で$4$回反射されて初めて$(1,\ 0)$にもどるには,$(\cos \theta_1,\ \sin \theta_1)$,$(\cos \theta_2,\ \sin \theta_2)$ \ $(0<\theta_1<\theta_2<\pi)$のいずれかに向けて光を発すればよい.ここで,$\displaystyle \theta_1=\frac{\fbox{ユ}}{\fbox{ヨ}} \pi$,$\displaystyle \theta_2=\frac{\fbox{ラ}}{\fbox{リ}} \pi$である.このとき, \[ \cos \theta_1=\frac{\fbox{ル}+\sqrt{\fbox{レ}}}{\fbox{ロ}} \] である.
(3) 光が鏡で$6$回反射されて初めて$(1,\ 0)$にもどるには,$\mathrm{A}(\cos \theta_3,\ \sin \theta_3)$,$\mathrm{B}(\cos \theta_4,\ \sin \theta_4)$,$\mathrm{C}(\cos \theta_5,\ \sin \theta_5)$ \ $(0<\theta_3<\theta_4<\theta_5<\pi)$のいずれかに向けて光を発すればよい.ここで,$\displaystyle \theta_5=\frac{\fbox{ワ}}{\fbox{ヲ}} \pi$である.
(4) $(3)$で$\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$,$\mathrm{C}$それぞれに向けて光を発したときの光の通る経路を図示すると,$\mathrm{A}$の場合は$\fbox{あ}$,$\mathrm{B}$の場合は$\fbox{い}$,$\mathrm{C}$の場合は$\fbox{う}$である.
$\fbox{あ}$~$\fbox{う}$には以下の
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大学(出題年) 上智大学(2014)
文理 文系
大問 3
単元 ()
タグ 図示空欄補充平面原点中心半径円形内側はり反射
難易度 未設定

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