「分数」について
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国立 宮城教育大学 2013年 第3問空間内に$1$辺の長さが$1$の正四面体$\mathrm{ABCD}$と点$\mathrm{O}$があり，
\[ |\overrightarrow{\mathrm{AO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{BO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{CO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{DO}}| \]
を満たしている．$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{b}$，$\overrightarrow{\mathrm{AC}}=\overrightarrow{c}$，$\overrightarrow{\mathrm{AD}}=\overrightarrow{d}$とおくとき，次の問いに答えよ．
(1)空間内の点$\mathrm{P}$について，$l,\ m,\ n$を実数とし，
\[ \overrightarrow{\mathrm{AP}}=l \overrightarrow{b}+m \overrightarrow{c}+n \overrightarrow{d} \]
とする．このとき，$|\overrightarrow{\mathrm{AP}}|^2$，$|\overrightarrow{\mathrm{BP}}|^2$をそれぞれ$l,\ m,\ n$を用いて表せ．また，$|\overrightarrow{\mathrm{AP}}|^2=|\overrightarrow{\mathrm{BP}}|^2$であるための必要十分条件を$l,\ m,\ n$を用いて表せ．
(2)$\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{AO}}=\frac{1}{4}(\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}+\overrightarrow{d})$であることを示せ．
(3)線分$\mathrm{BC}$を$1:4$に内分する点を$\mathrm{E}$とする．$3$点$\mathrm{A}$，$\mathrm{C}$，$\mathrm{D}$を通る平面と直線$\mathrm{EO}$との交点を$\mathrm{F}$とするとき，$\overrightarrow{\mathrm{AF}}$を$\overrightarrow{c}$，$\overrightarrow{d}$を用いて表せ．
\[ |\overrightarrow{\mathrm{AO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{BO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{CO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{DO}}| \]
を満たしている．$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{b}$，$\overrightarrow{\mathrm{AC}}=\overrightarrow{c}$，$\overrightarrow{\mathrm{AD}}=\overrightarrow{d}$とおくとき，次の問いに答えよ．
(1)空間内の点$\mathrm{P}$について，$l,\ m,\ n$を実数とし，
\[ \overrightarrow{\mathrm{AP}}=l \overrightarrow{b}+m \overrightarrow{c}+n \overrightarrow{d} \]
とする．このとき，$|\overrightarrow{\mathrm{AP}}|^2$，$|\overrightarrow{\mathrm{BP}}|^2$をそれぞれ$l,\ m,\ n$を用いて表せ．また，$|\overrightarrow{\mathrm{AP}}|^2=|\overrightarrow{\mathrm{BP}}|^2$であるための必要十分条件を$l,\ m,\ n$を用いて表せ．
(2)$\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{AO}}=\frac{1}{4}(\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}+\overrightarrow{d})$であることを示せ．
(3)線分$\mathrm{BC}$を$1:4$に内分する点を$\mathrm{E}$とする．$3$点$\mathrm{A}$，$\mathrm{C}$，$\mathrm{D}$を通る平面と直線$\mathrm{EO}$との交点を$\mathrm{F}$とするとき，$\overrightarrow{\mathrm{AF}}$を$\overrightarrow{c}$，$\overrightarrow{d}$を用いて表せ．
国立 宮城教育大学 2013年 第3問空間内に$1$辺の長さが$1$の正四面体$\mathrm{ABCD}$と点$\mathrm{O}$があり，
\[ |\overrightarrow{\mathrm{AO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{BO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{CO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{DO}}| \]
を満たしている．$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{b}$，$\overrightarrow{\mathrm{AC}}=\overrightarrow{c}$，$\overrightarrow{\mathrm{AD}}=\overrightarrow{d}$とおくとき，次の問いに答えよ．
(1)空間内の点$\mathrm{P}$について，$l,\ m,\ n$を実数とし，
\[ \overrightarrow{\mathrm{AP}}=l \overrightarrow{b}+m \overrightarrow{c}+n \overrightarrow{d} \]
とする．このとき，$|\overrightarrow{\mathrm{AP}}|^2$，$|\overrightarrow{\mathrm{BP}}|^2$をそれぞれ$l,\ m,\ n$を用いて表せ．また，$|\overrightarrow{\mathrm{AP}}|^2=|\overrightarrow{\mathrm{BP}}|^2$であるための必要十分条件を$l,\ m,\ n$を用いて表せ．
(2)$\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{AO}}=\frac{1}{4}(\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}+\overrightarrow{d})$であることを示せ．
(3)線分$\mathrm{BC}$を$1:4$に内分する点を$\mathrm{E}$とする．$3$点$\mathrm{A}$，$\mathrm{C}$，$\mathrm{D}$を通る平面と直線$\mathrm{EO}$との交点を$\mathrm{F}$とするとき，$\overrightarrow{\mathrm{AF}}$を$\overrightarrow{c}$，$\overrightarrow{d}$を用いて表せ．
\[ |\overrightarrow{\mathrm{AO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{BO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{CO}}|=|\overrightarrow{\mathrm{DO}}| \]
を満たしている．$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{b}$，$\overrightarrow{\mathrm{AC}}=\overrightarrow{c}$，$\overrightarrow{\mathrm{AD}}=\overrightarrow{d}$とおくとき，次の問いに答えよ．
(1)空間内の点$\mathrm{P}$について，$l,\ m,\ n$を実数とし，
\[ \overrightarrow{\mathrm{AP}}=l \overrightarrow{b}+m \overrightarrow{c}+n \overrightarrow{d} \]
とする．このとき，$|\overrightarrow{\mathrm{AP}}|^2$，$|\overrightarrow{\mathrm{BP}}|^2$をそれぞれ$l,\ m,\ n$を用いて表せ．また，$|\overrightarrow{\mathrm{AP}}|^2=|\overrightarrow{\mathrm{BP}}|^2$であるための必要十分条件を$l,\ m,\ n$を用いて表せ．
(2)$\displaystyle \overrightarrow{\mathrm{AO}}=\frac{1}{4}(\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}+\overrightarrow{d})$であることを示せ．
(3)線分$\mathrm{BC}$を$1:4$に内分する点を$\mathrm{E}$とする．$3$点$\mathrm{A}$，$\mathrm{C}$，$\mathrm{D}$を通る平面と直線$\mathrm{EO}$との交点を$\mathrm{F}$とするとき，$\overrightarrow{\mathrm{AF}}$を$\overrightarrow{c}$，$\overrightarrow{d}$を用いて表せ．
国立 秋田大学 2013年 第2問$a,\ b,\ c,\ x,\ y,\ z$はすべて正の実数である．次の問いに答えよ．
(1)不等式$(a^2+b^2+c^2)(x^2+y^2+z^2) \geqq (ax+by+cz)^2$が成り立つことを証明せよ．
(2)(1)において等号が成り立つのはどのようなときかを示せ．
(3)$a^2+b^2+c^2=25$，$x^2+y^2+z^2=36$，$ax+by+cz=30$のとき，$\displaystyle \frac{a+b+c}{x+y+z}$の値を求めよ．
(1)不等式$(a^2+b^2+c^2)(x^2+y^2+z^2) \geqq (ax+by+cz)^2$が成り立つことを証明せよ．
(2)(1)において等号が成り立つのはどのようなときかを示せ．
(3)$a^2+b^2+c^2=25$，$x^2+y^2+z^2=36$，$ax+by+cz=30$のとき，$\displaystyle \frac{a+b+c}{x+y+z}$の値を求めよ．
国立 秋田大学 2013年 第3問大小$2$個のさいころを投げて，出る目をそれぞれ$a,\ b$とする．次の問いに答えよ．
(1)$xy$平面上の$2$直線$\displaystyle y=\frac{1}{a}x+1,\ y=(b+1)x$のなす鋭角を$\theta$とする．
\mon[$①$] $\tan \theta$を$a$と$b$を用いて表せ．
\mon[$②$] $\tan \theta \leqq 1$となる確率を求めよ．
(2)$xy$平面上で，連立不等式$x \geqq 0,\ y \geqq 0,\ 2x+y \leqq 4$の表す領域を$D$とする．点$(x,\ y)$がこの領域$D$を動くとき，$\displaystyle \frac{b}{a}x+y$の最大値を$M$とする．
\mon[$①$] $\displaystyle \frac{b}{a} \leqq 2$のとき，$M$を求めよ．
\mon[$②$] $\displaystyle \frac{b}{a}>2$のとき，$M$を$a$と$b$を用いて表せ．
\mon[$③$] $M$の期待値を求めよ．
(1)$xy$平面上の$2$直線$\displaystyle y=\frac{1}{a}x+1,\ y=(b+1)x$のなす鋭角を$\theta$とする．
\mon[$①$] $\tan \theta$を$a$と$b$を用いて表せ．
\mon[$②$] $\tan \theta \leqq 1$となる確率を求めよ．
(2)$xy$平面上で，連立不等式$x \geqq 0,\ y \geqq 0,\ 2x+y \leqq 4$の表す領域を$D$とする．点$(x,\ y)$がこの領域$D$を動くとき，$\displaystyle \frac{b}{a}x+y$の最大値を$M$とする．
\mon[$①$] $\displaystyle \frac{b}{a} \leqq 2$のとき，$M$を求めよ．
\mon[$②$] $\displaystyle \frac{b}{a}>2$のとき，$M$を$a$と$b$を用いて表せ．
\mon[$③$] $M$の期待値を求めよ．
国立 秋田大学 2013年 第3問関数$\displaystyle f(x)=\sin x+\frac{1}{2}\sin 2x \ (0 \leqq x \leqq 2\pi)$について，次の問いに答えよ．
(1)$f(x)$の増減を調べ，最大値と最小値を求めよ．
(2)曲線$y=f(x)$と$x$軸で囲まれた図形を，$x$軸のまわりに$1$回転してできる立体の体積を求めよ．
(1)$f(x)$の増減を調べ，最大値と最小値を求めよ．
(2)曲線$y=f(x)$と$x$軸で囲まれた図形を，$x$軸のまわりに$1$回転してできる立体の体積を求めよ．
国立 福島大学 2013年 第1問以下の問いに答えよ．
(1)$\sqrt{11}$の整数部分を$a$，小数部分を$b$とする．$\displaystyle \frac{1}{b}+\frac{a}{2}$の値を求めよ．
(2)$\displaystyle x=\frac{3+\sqrt{13}}{2}$のとき，$\displaystyle \frac{x^{10}-1}{x^5}$の値を計算せよ．
(3)$a_1=2,\ a_{n+1}+3a_n=4 \ (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$で定まる数列$\{a_n\}$の第$n$項を求めよ．
(1)$\sqrt{11}$の整数部分を$a$，小数部分を$b$とする．$\displaystyle \frac{1}{b}+\frac{a}{2}$の値を求めよ．
(2)$\displaystyle x=\frac{3+\sqrt{13}}{2}$のとき，$\displaystyle \frac{x^{10}-1}{x^5}$の値を計算せよ．
(3)$a_1=2,\ a_{n+1}+3a_n=4 \ (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$で定まる数列$\{a_n\}$の第$n$項を求めよ．
国立 福島大学 2013年 第2問直角三角形$\mathrm{ABC}$があり，$\displaystyle \angle \mathrm{A}=\frac{\pi}{2}$，$\angle \mathrm{B}=\theta$，$\mathrm{BC}=a$である．頂点$\mathrm{A}$から辺$\mathrm{BC}$に垂線$\mathrm{AP}_1$を下ろし，点$\mathrm{P}_1$から辺$\mathrm{AB}$に垂線$\mathrm{P}_1 \mathrm{Q}_1$を下ろす．同様に，点$\mathrm{Q}_1$から辺$\mathrm{BC}$に垂線$\mathrm{Q}_1 \mathrm{P}_2$を下ろし，点$\mathrm{P}_2$から辺$\mathrm{AB}$に垂線$\mathrm{P}_2 \mathrm{Q}$を下ろす．この操作を繰り返し，辺$\mathrm{BC}$上に点$\mathrm{P}_1$，$\mathrm{P}_2$，$\mathrm{P}_3$を，辺$\mathrm{AB}$上に点$\mathrm{Q}_1$，$\mathrm{Q}_2$，$\mathrm{Q}_3$をそれぞれ定める．また，$\mathrm{AP}_1$と$\mathrm{CQ}_1$の交点を$\mathrm{R}_1$，$\mathrm{Q}_1 \mathrm{P}_2$と$\mathrm{P}_1 \mathrm{Q}_2$の交点を$\mathrm{R}_2$，$\mathrm{Q}_2 \mathrm{P}_3$と$\mathrm{P}_2 \mathrm{Q}_3$の交点を$\mathrm{R}_3$とする．以下の問いに答えよ．
(1)$\mathrm{AP}_1$，$\mathrm{P}_1 \mathrm{Q}_1$の長さを求めよ．
(2)$\overrightarrow{\mathrm{CR}}_1$を$\overrightarrow{\mathrm{CP}}_1$と$\overrightarrow{\mathrm{CA}}$を用いて表せ．
(3)$\triangle \mathrm{R}_1 \mathrm{P}_1 \mathrm{C}$の面積$S_1$を求めよ．
(4)$\triangle \mathrm{R}_3 \mathrm{P}_3 \mathrm{P}_2$の面積$S_3$を求めよ．
(1)$\mathrm{AP}_1$，$\mathrm{P}_1 \mathrm{Q}_1$の長さを求めよ．
(2)$\overrightarrow{\mathrm{CR}}_1$を$\overrightarrow{\mathrm{CP}}_1$と$\overrightarrow{\mathrm{CA}}$を用いて表せ．
(3)$\triangle \mathrm{R}_1 \mathrm{P}_1 \mathrm{C}$の面積$S_1$を求めよ．
(4)$\triangle \mathrm{R}_3 \mathrm{P}_3 \mathrm{P}_2$の面積$S_3$を求めよ．
国立 秋田大学 2013年 第1問関数$f_n(x) \ (x \geqq 0)$を
\[ f_1(x)=|x-1|,\quad f_{n+1}(x)=|f_n(x)-(n+1)| \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \]
で定める．次の問いに答えよ．
(1)関数$y=f_2(x)$と$y=f_3(x)$のグラフをかけ．
(2)$a_n=f_n(0)$とおく．数列$\{a_n\} \ (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$の一般項を求めよ．
(3)$f_n(\alpha)=0$を満たす$\alpha$に対し，
\[ f_{n-i}(\alpha)=in-\frac{i(i-1)}{2} \quad (i=1,\ 2,\ 3,\ \cdots,\ n-1) \]
が成立することを証明せよ．
(4)$f_n(\alpha)=0$を満たす$\alpha$を$n$の式で表せ．
\[ f_1(x)=|x-1|,\quad f_{n+1}(x)=|f_n(x)-(n+1)| \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \]
で定める．次の問いに答えよ．
(1)関数$y=f_2(x)$と$y=f_3(x)$のグラフをかけ．
(2)$a_n=f_n(0)$とおく．数列$\{a_n\} \ (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$の一般項を求めよ．
(3)$f_n(\alpha)=0$を満たす$\alpha$に対し，
\[ f_{n-i}(\alpha)=in-\frac{i(i-1)}{2} \quad (i=1,\ 2,\ 3,\ \cdots,\ n-1) \]
が成立することを証明せよ．
(4)$f_n(\alpha)=0$を満たす$\alpha$を$n$の式で表せ．
国立 福島大学 2013年 第3問表・裏の出る確率が共に$\displaystyle \frac{1}{2}$の硬貨が$4$枚ある．この$4$枚の硬貨を同時に投げる．以下の問いに答えよ．
(1)表の出る枚数の期待値を求めよ．
(2)表の出た枚数と裏の出た枚数が同じならば$100$点，$4$枚全てが表ならば$50$点，$4$枚全てが裏ならば$30$点，それ以外の場合は$0$点とする．このとき，得点の期待値を求めよ．
(1)表の出る枚数の期待値を求めよ．
(2)表の出た枚数と裏の出た枚数が同じならば$100$点，$4$枚全てが表ならば$50$点，$4$枚全てが裏ならば$30$点，それ以外の場合は$0$点とする．このとき，得点の期待値を求めよ．
国立 福島大学 2013年 第4問$n$を自然数とし，$a_n,\ b_n$を次のようにおく．
\[ a_n=-\int_0^\pi (e^x+e^{-x}) \sin 2nx \, dx,\quad b_n=\int_0^\pi (e^x-e^{-x}) \cos 2nx \, dx \]
以下の問いに答えよ．
(1)$a_n$と$b_n$をそれぞれ求めよ．
(2)$\displaystyle \int_n^{n+1} \frac{1}{4x^2-1} \, dx$を計算せよ．
(3)次の不等式が成り立つことを示せ．
\[ \frac{(4n^2+1)b_n}{4n^2-1}>\frac{e^\pi-e^{-\pi}-2}{4} \log \frac{(2n+1)^2}{(2n-1)(2n+3)} \]
\[ a_n=-\int_0^\pi (e^x+e^{-x}) \sin 2nx \, dx,\quad b_n=\int_0^\pi (e^x-e^{-x}) \cos 2nx \, dx \]
以下の問いに答えよ．
(1)$a_n$と$b_n$をそれぞれ求めよ．
(2)$\displaystyle \int_n^{n+1} \frac{1}{4x^2-1} \, dx$を計算せよ．
(3)次の不等式が成り立つことを示せ．
\[ \frac{(4n^2+1)b_n}{4n^2-1}>\frac{e^\pi-e^{-\pi}-2}{4} \log \frac{(2n+1)^2}{(2n-1)(2n+3)} \]