「正三角形」について
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国立 東京海洋大学 2016年 第3問座標平面上に放物線$C:y=x^2$がある．点$\mathrm{P}(t,\ t^2)$（ただし，$t>0$）における$C$の接線を$\ell$とし，$\ell$が$x$軸，$y$軸と交わる点をそれぞれ$\mathrm{M}$，$\mathrm{N}$とする．$\mathrm{M}$を通り$\ell$と直交する直線が，$y$軸，直線$x=t$と交わる点をそれぞれ$\mathrm{Q}$，$\mathrm{R}$とする．
(1)$\angle \mathrm{QPR}$は$\ell$により二等分されることを示せ．
(2)$\triangle \mathrm{PQR}$が正三角形になるような$t$の値を求めよ．
(3)四角形$\mathrm{PQNR}$の面積を$S_1$とし，線分$\mathrm{PQ}$，$y$軸および$C$で囲まれる図形の面積を$S_2$とする．$(2)$のとき，$\displaystyle \frac{S_2}{S_1}$の値を求めよ．
(1)$\angle \mathrm{QPR}$は$\ell$により二等分されることを示せ．
(2)$\triangle \mathrm{PQR}$が正三角形になるような$t$の値を求めよ．
(3)四角形$\mathrm{PQNR}$の面積を$S_1$とし，線分$\mathrm{PQ}$，$y$軸および$C$で囲まれる図形の面積を$S_2$とする．$(2)$のとき，$\displaystyle \frac{S_2}{S_1}$の値を求めよ．
国立 岡山大学 2016年 第3問ひとつのサイコロを$3$回振り，出た目を順に$u,\ v,\ w$とする．そして座標平面上の$2$点$\mathrm{A}(a_1,\ a_2)$，$\mathrm{B}(b_1,\ b_2)$を
\[ a_1=u,\quad a_2=0,\quad b_1=v \cos \frac{(w+2)\pi}{12},\quad b_2=v \sin \frac{(w+2)\pi}{12} \]
で定める．このとき以下の問いに答えよ．ただし$\mathrm{O}$は原点$(0,\ 0)$とする．
(1)$\triangle \mathrm{OAB}$が正三角形となる確率を求めよ．
(2)$\triangle \mathrm{OAB}$が大きさ$\displaystyle \frac{\pi}{3}$の内角をもつ直角三角形となる確率を求めよ．
\[ a_1=u,\quad a_2=0,\quad b_1=v \cos \frac{(w+2)\pi}{12},\quad b_2=v \sin \frac{(w+2)\pi}{12} \]
で定める．このとき以下の問いに答えよ．ただし$\mathrm{O}$は原点$(0,\ 0)$とする．
(1)$\triangle \mathrm{OAB}$が正三角形となる確率を求めよ．
(2)$\triangle \mathrm{OAB}$が大きさ$\displaystyle \frac{\pi}{3}$の内角をもつ直角三角形となる確率を求めよ．
国立 静岡大学 2016年 第4問$i$を虚数単位とするとき，次の各問に答えよ．
(1)複素数$c=1+i$について，$c$と共役な複素数$\overline{c}$および$|c|^2$をそれぞれ求めよ．
(2)複素数$z$が$|z|=1$を満たすとする．このとき，$\displaystyle z+\frac{1}{z}$が実数であることを証明せよ．
(3)$\alpha,\ \beta$を複素数として$\alpha$の実部と虚部がともに正であるとする．また，$|\alpha|=|\beta|=1$とする．複素数$\displaystyle i \alpha,\ \frac{i}{\alpha},\ \beta$で表される複素数平面上の$3$点が，ある正三角形の$3$頂点であるとき，$\alpha,\ \beta$をそれぞれ求めよ．
(1)複素数$c=1+i$について，$c$と共役な複素数$\overline{c}$および$|c|^2$をそれぞれ求めよ．
(2)複素数$z$が$|z|=1$を満たすとする．このとき，$\displaystyle z+\frac{1}{z}$が実数であることを証明せよ．
(3)$\alpha,\ \beta$を複素数として$\alpha$の実部と虚部がともに正であるとする．また，$|\alpha|=|\beta|=1$とする．複素数$\displaystyle i \alpha,\ \frac{i}{\alpha},\ \beta$で表される複素数平面上の$3$点が，ある正三角形の$3$頂点であるとき，$\alpha,\ \beta$をそれぞれ求めよ．
国立 東京工業大学 2016年 第2問$\triangle \mathrm{ABC}$を一辺の長さ$6$の正三角形とする．サイコロを$3$回振り，出た目を順に$X,\ Y,\ Z$とする．出た目に応じて，点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$，$\mathrm{R}$をそれぞれ線分$\mathrm{BC}$，$\mathrm{CA}$，$\mathrm{AB}$上に
\[ \overrightarrow{\mathrm{BP}}=\frac{X}{6} \overrightarrow{\mathrm{BC}},\quad \overrightarrow{\mathrm{CQ}}=\frac{Y}{6} \overrightarrow{\mathrm{CA}},\quad \overrightarrow{\mathrm{AR}}=\frac{Z}{6} \overrightarrow{\mathrm{AB}} \]
をみたすように取る．
(1)$\triangle \mathrm{PQR}$が正三角形になる確率を求めよ．
(2)点$\mathrm{B}$，$\mathrm{P}$，$\mathrm{R}$を互いに線分で結んでできる図形を$T_1$，点$\mathrm{C}$，$\mathrm{Q}$，$\mathrm{P}$を互いに線分で結んでできる図形を$T_2$，点$\mathrm{A}$，$\mathrm{R}$，$\mathrm{Q}$を互いに線分で結んでできる図形を$T_3$とする．$T_1,\ T_2,\ T_3$のうち，ちょうど$2$つが正三角形になる確率を求めよ．
(3)$\triangle \mathrm{PQR}$の面積を$S$とし，$S$のとりうる値の最小値を$m$とする．$m$の値および$S=m$となる確率を求めよ．
\[ \overrightarrow{\mathrm{BP}}=\frac{X}{6} \overrightarrow{\mathrm{BC}},\quad \overrightarrow{\mathrm{CQ}}=\frac{Y}{6} \overrightarrow{\mathrm{CA}},\quad \overrightarrow{\mathrm{AR}}=\frac{Z}{6} \overrightarrow{\mathrm{AB}} \]
をみたすように取る．
(1)$\triangle \mathrm{PQR}$が正三角形になる確率を求めよ．
(2)点$\mathrm{B}$，$\mathrm{P}$，$\mathrm{R}$を互いに線分で結んでできる図形を$T_1$，点$\mathrm{C}$，$\mathrm{Q}$，$\mathrm{P}$を互いに線分で結んでできる図形を$T_2$，点$\mathrm{A}$，$\mathrm{R}$，$\mathrm{Q}$を互いに線分で結んでできる図形を$T_3$とする．$T_1,\ T_2,\ T_3$のうち，ちょうど$2$つが正三角形になる確率を求めよ．
(3)$\triangle \mathrm{PQR}$の面積を$S$とし，$S$のとりうる値の最小値を$m$とする．$m$の値および$S=m$となる確率を求めよ．
国立 お茶の水女子大学 2016年 第3問$4$つの複素数$z_1,\ z_2,\ z_3,\ z_4$は互いに異なり，その絶対値はすべて$1$であるとする．
(1)$z_1,\ z_2,\ z_3$を頂点とする複素数平面上の三角形が正三角形のとき，$z_1+z_2+z_3=0$となることを示せ．
(2)$z_1+z_2+z_3=0$が成り立つとき，$z_1,\ z_2,\ z_3$を頂点とする複素数平面上の三角形は正三角形であることを示せ．
(3)$z_1+z_2+z_3+z_4=0$が成り立つとき，$z_1,\ z_2,\ z_3,\ z_4$を頂点とする複素数平面上の四角形は長方形であることを示せ．
(1)$z_1,\ z_2,\ z_3$を頂点とする複素数平面上の三角形が正三角形のとき，$z_1+z_2+z_3=0$となることを示せ．
(2)$z_1+z_2+z_3=0$が成り立つとき，$z_1,\ z_2,\ z_3$を頂点とする複素数平面上の三角形は正三角形であることを示せ．
(3)$z_1+z_2+z_3+z_4=0$が成り立つとき，$z_1,\ z_2,\ z_3,\ z_4$を頂点とする複素数平面上の四角形は長方形であることを示せ．
国立 島根大学 2016年 第2問座標空間に原点$\mathrm{O}$と点$\mathrm{A}(2 \sqrt{3},\ 0,\ 2)$，$\mathrm{B}(\sqrt{3},\ 2 \sqrt{3},\ 1)$がある．次の問いに答えよ．
(1)三角形$\mathrm{OAB}$は正三角形であることを示せ．
(2)四面体$\mathrm{OABC}$が正四面体となるような点$\mathrm{C}$の座標を求めよ．
(1)三角形$\mathrm{OAB}$は正三角形であることを示せ．
(2)四面体$\mathrm{OABC}$が正四面体となるような点$\mathrm{C}$の座標を求めよ．
国立 熊本大学 2016年 第1問下図のように，$\triangle \mathrm{ABC}$の外部に$3$点$\mathrm{D}$，$\mathrm{E}$，$\mathrm{F}$を$\triangle \mathrm{ABD}$，$\triangle \mathrm{BCE}$，$\triangle \mathrm{CAF}$がそれぞれ正三角形になるようにとる．$\triangle \mathrm{ABC}$の面積を$S$，$3$辺の長さを$\mathrm{BC}=a$，$\mathrm{CA}=b$，$\mathrm{AB}=c$とおくとき，以下の問いに答えよ．
（図は省略）
(1)$\angle \mathrm{BAC}=\theta$とおくとき，$\sin \theta$を$b,\ c,\ S$を用いて，$\cos \theta$を$a,\ b,\ c$を用いて表せ．
(2)$\mathrm{DC}^2$を$a,\ b,\ c,\ S$を用いて表し，$\mathrm{DC}^2=\mathrm{EA}^2=\mathrm{FB}^2$が成り立つことを示せ．
(3)$3$つの正三角形の面積の平均を$T$とおくとき，$\mathrm{DC}^2$を$S$と$T$を用いて表せ．
（図は省略）
(1)$\angle \mathrm{BAC}=\theta$とおくとき，$\sin \theta$を$b,\ c,\ S$を用いて，$\cos \theta$を$a,\ b,\ c$を用いて表せ．
(2)$\mathrm{DC}^2$を$a,\ b,\ c,\ S$を用いて表し，$\mathrm{DC}^2=\mathrm{EA}^2=\mathrm{FB}^2$が成り立つことを示せ．
(3)$3$つの正三角形の面積の平均を$T$とおくとき，$\mathrm{DC}^2$を$S$と$T$を用いて表せ．
国立 防衛医科大学校 2016年 第3問四面体$\mathrm{ABCD}$において，$\triangle \mathrm{BCD}$は$1$辺の長さが$2 \sqrt{2}$の正三角形，その他$3$つの三角形は$2$辺の長さが$4$の二等辺三角形である．辺$\mathrm{AB}$を$3:2$に内分する点を$\mathrm{I}$，辺$\mathrm{AC}$を$5:1$に外分する点を$\mathrm{K}$，辺$\mathrm{BC}$と$\mathrm{IK}$の交点を$\mathrm{J}$として，以下の問に答えよ．
(1)$\mathrm{BJ}:\mathrm{JC}$，$\mathrm{IJ}:\mathrm{JK}$はそれぞれいくらか．
(2)$\mathrm{A}$から$\triangle \mathrm{BCD}$に下ろした垂線の足を$\mathrm{G}$，$\mathrm{B}$から$\triangle \mathrm{ACD}$に下ろした垂線の足を$\mathrm{H}$とする．$\mathrm{AG}$，$\mathrm{BH}$の長さはいくらか．
(3)四面体$\mathrm{JCDK}$の体積はいくらか．
(1)$\mathrm{BJ}:\mathrm{JC}$，$\mathrm{IJ}:\mathrm{JK}$はそれぞれいくらか．
(2)$\mathrm{A}$から$\triangle \mathrm{BCD}$に下ろした垂線の足を$\mathrm{G}$，$\mathrm{B}$から$\triangle \mathrm{ACD}$に下ろした垂線の足を$\mathrm{H}$とする．$\mathrm{AG}$，$\mathrm{BH}$の長さはいくらか．
(3)四面体$\mathrm{JCDK}$の体積はいくらか．
国立 茨城大学 2016年 第4問$\displaystyle \alpha=\frac{\sqrt{2}+\sqrt{2}i}{\sqrt{3}+i}$のとき，以下の各問に答えよ．ただし，$i$は虚数単位である．
(1)$\alpha$の絶対値を$r$，偏角を$\theta$とする．$r$と$\theta$の値をそれぞれ求めよ．ただし，偏角$\theta$の範囲は$0 \leqq \theta<2\pi$とする．
(2)$\alpha^{20}$を計算せよ．
(3)複素数平面上で複素数$z$の表す点$\mathrm{P}$を点$\mathrm{P}(z)$と表す．点$\mathrm{A}(\alpha^{20})$，$\mathrm{B}(\alpha^{36})$，$\mathrm{C}(\beta)$を頂点とする正三角形$\mathrm{ABC}$がある．このとき，複素数$\beta$をすべて求めよ．
(1)$\alpha$の絶対値を$r$，偏角を$\theta$とする．$r$と$\theta$の値をそれぞれ求めよ．ただし，偏角$\theta$の範囲は$0 \leqq \theta<2\pi$とする．
(2)$\alpha^{20}$を計算せよ．
(3)複素数平面上で複素数$z$の表す点$\mathrm{P}$を点$\mathrm{P}(z)$と表す．点$\mathrm{A}(\alpha^{20})$，$\mathrm{B}(\alpha^{36})$，$\mathrm{C}(\beta)$を頂点とする正三角形$\mathrm{ABC}$がある．このとき，複素数$\beta$をすべて求めよ．
国立 岩手大学 2016年 第1問次の問いに答えよ．
(1)$2$つのベクトル$\overrightarrow{a}=(1,\ -1,\ -1)$，$\overrightarrow{b}=(2,\ 1,\ -2)$の両方に垂直な単位ベクトルを求めよ．
(2)$1 \leqq x \leqq 27$のとき，関数$y=(\log_3 x)^2-\log_3 x^2-3$の最大値と最小値を求めよ．また，そのときの$x$の値を求めよ．
(3)複素数平面上で，点$\mathrm{P}(1-\sqrt{3}i)$を中心とする円に内接する正三角形がある．この正三角形の頂点の$1$つが点$\mathrm{A}(2)$であるとき，残りの$2$つの頂点を表す複素数を求めよ．ただし，$i$は虚数単位とする．
(1)$2$つのベクトル$\overrightarrow{a}=(1,\ -1,\ -1)$，$\overrightarrow{b}=(2,\ 1,\ -2)$の両方に垂直な単位ベクトルを求めよ．
(2)$1 \leqq x \leqq 27$のとき，関数$y=(\log_3 x)^2-\log_3 x^2-3$の最大値と最小値を求めよ．また，そのときの$x$の値を求めよ．
(3)複素数平面上で，点$\mathrm{P}(1-\sqrt{3}i)$を中心とする円に内接する正三角形がある．この正三角形の頂点の$1$つが点$\mathrm{A}(2)$であるとき，残りの$2$つの頂点を表す複素数を求めよ．ただし，$i$は虚数単位とする．