京都府立大学 2013年度 数学 過去問解説|藤原進之介先生と一緒に完全攻略!

こんにちは!日本数学塾・数強塾藤原進之介です。

今回は京都府立大学 2013年度(平成25年度)前期日程の数学を徹底解説していきます。京都府立大学は京都市左京区にキャンパスを構える公立大学で、特に生命環境学部は理系志望者に人気の学部です。

この記事では、実際の入試問題を詳しく分析し、解法のポイント別解、そして合格のための対策法まで余すところなくお伝えします。京都府立大学を志望する受験生の皆さん、ぜひ最後までお付き合いください!

試験概要・難易度

2013年度 京都府立大学 数学の基本情報

項目 内容
試験日程 前期日程(2013年2月25日実施)
対象学部 生命環境学部(環境・情報科学科)
配点 100点
試験時間 90分
出題形式 大問4題(全問記述式)
出題範囲 数学Ⅰ・Ⅱ・Ⅲ・A・B・C(当時の課程)

2013年度の全体講評

2013年度の京都府立大学数学は、標準~やや難のレベルでした。特に大問2の空間ベクトルと球面・平面の問題は、計算量が多く、受験生の実力差が出やすい問題でした。

出題分野の特徴:

  • 大問1:小問集合(基本的な計算問題)
  • 大問2:空間ベクトル・球面と平面(本年度の目玉問題)
  • 大問3:微分法・積分法の応用
  • 大問4:確率・数列の融合問題

全体として、計算力空間把握能力が求められる年度でした。時間配分を意識しながら、確実に得点できる問題から解いていくことが合格への鍵となります。

難易度評価

大問 分野 難易度 目標得点
大問1 小問集合 易~標準 20/25点
大問2 空間ベクトル・球面と平面 標準~やや難 20/25点
大問3 微分・積分 標準 18/25点
大問4 確率・数列 標準 18/25点
合計目標 76/100点

大問1:小問集合(基礎力確認問題)

問題

次の各問いに答えよ。

(1) 方程式 2x³ - 3x² - 12x + k = 0 が異なる3つの実数解をもつとき、定数 k の値の範囲を求めよ。

(2) 0 ≤ θ < 2π のとき、方程式 2sin²θ - 3sinθ + 1 = 0 を解け。

(3) log₂3 = a, log₂5 = b とするとき、log₁₅8 を a, b を用いて表せ。

解説・解法のポイント

(1)の解説:3次方程式が3つの実数解をもつ条件

【解法の方針】

3次方程式 f(x) = 0 が異なる3つの実数解をもつ条件は、f(x) の極大値と極小値が異符号であることです。

【解答】

f(x) = 2x³ - 3x² - 12x + k とおく。

f'(x) = 6x² - 6x - 12 = 6(x² - x - 2) = 6(x - 2)(x + 1)

f'(x) = 0 のとき、x = -1, 2

増減表より:

  • x = -1 で極大値 f(-1) = 2(-1)³ - 3(-1)² - 12(-1) + k = -2 - 3 + 12 + k = k + 7
  • x = 2 で極小値 f(2) = 2(8) - 3(4) - 12(2) + k = 16 - 12 - 24 + k = k - 20

異なる3つの実数解をもつ条件は:

(極大値)×(極小値)< 0

(k + 7)(k - 20) < 0

-7 < k < 20

💡 藤原先生のワンポイント

3次関数の実数解の個数問題は、必ず「極値の符号」に着目しましょう。極大値 × 極小値 < 0(異符号)なら3つ、= 0(どちらかが0)なら重解を含む3つ(実質2つ)、> 0(同符号)なら1つの実数解です。

(2)の解説:三角方程式

【解法の方針】

sinθ = t と置換して、t についての2次方程式として解きます。

【解答】

sinθ = t とおくと、-1 ≤ t ≤ 1

2t² - 3t + 1 = 0

(2t - 1)(t - 1) = 0

t = 1/2, 1

sinθ = 1/2 のとき: θ = π/6, 5π/6

sinθ = 1 のとき: θ = π/2

よって、θ = π/6, π/2, 5π/6

(3)の解説:対数の底の変換

【解法の方針】

底の変換公式 log_a b = log_c b / log_c a を使います。

【解答】

log₁₅8 = log₂8 / log₂15 = 3 / log₂15

log₂15 = log₂(3 × 5) = log₂3 + log₂5 = a + b

よって、log₁₅8 = 3/(a + b)

別解・発展

(1)の別解:グラフ的アプローチ

y = 2x³ - 3x² - 12x と y = -k のグラフの交点を考える方法もあります。y = 2x³ - 3x² - 12x のグラフを描き、直線 y = -k との交点が3つになる k の範囲を求めます。


大問2:空間ベクトル・球面と平面の交線

問題

O を原点とする xyz 空間内に5点 A(-1, 0, 0), B(0, 2, 0), C(0, 0, 1), D(0, 0, 2), E(0, 0, 4) をとる。中心が D、半径が 2 の球面を S とし、3点 A, B, C の定める平面を α とする。S が α と交わってできる図形を F とする。次の問いに答えよ。

(1) α に垂直な単位ベクトルをすべて求めよ。

(2) F は H を中心とする円であることを示せ。ただし、H は D から平面 α に下ろした垂線の足とする。

(3) F の半径と中心の座標を求めよ。

(4) 点 P は F 上を動く点とし、直線 EP と xy 平面との交点を Q(s, t, 0) とする。このとき、s, t が満たす方程式を求めよ。

解説・解法のポイント

(1)の解説:平面に垂直な単位ベクトル

【解法の方針】

平面 α 上の2つのベクトル(例えば $vec{AB}$, $vec{AC}$)の外積を計算し、それを正規化します。

【解答】

$vec{AB} = (0-(-1), 2-0, 0-0) = (1, 2, 0)$

$vec{AC} = (0-(-1), 0-0, 1-0) = (1, 0, 1)$

α に垂直なベクトル $vec{n}$ は $vec{AB} times vec{AC}$ で求められる。

$vec{n} = vec{AB} times vec{AC} = begin{vmatrix} vec{i} & vec{j} & vec{k} \ 1 & 2 & 0 \ 1 & 0 & 1 end{vmatrix}$

$= vec{i}(2 cdot 1 - 0 cdot 0) - vec{j}(1 cdot 1 - 0 cdot 1) + vec{k}(1 cdot 0 - 2 cdot 1)$

$= vec{i}(2) - vec{j}(1) + vec{k}(-2)$

$= (2, -1, -2)$

$|vec{n}| = sqrt{4 + 1 + 4} = sqrt{9} = 3$

単位ベクトルは:

$pmleft(frac{2}{3}, -frac{1}{3}, -frac{2}{3}right)$

📝 外積の計算のコツ

外積 $(a_1, a_2, a_3) times (b_1, b_2, b_3)$ は:

  • 第1成分:$a_2 b_3 - a_3 b_2$(2,3成分のたすきがけ)
  • 第2成分:$a_3 b_1 - a_1 b_3$(3,1成分のたすきがけ)
  • 第3成分:$a_1 b_2 - a_2 b_1$(1,2成分のたすきがけ)

(2)の解説:球面と平面の交線が円になることの証明

【解法の方針】

球面 S 上の点で、かつ平面 α 上にある点の集合が、H を中心とする円になることを示します。

【解答】

球面 S 上の任意の点を X とする。X が S 上にある条件は |DX| = 2 である。

X が平面 α 上にもあるとき、X は F 上の点である。

H は D から α に下ろした垂線の足なので、DH ⊥ α である。

X が α 上にあるとき、HX ⊥ DH となる。

三平方の定理より:

$|DX|^2 = |DH|^2 + |HX|^2$

|DX| = 2(定数)、|DH| = d(定数:D と α の距離)とすると:

$|HX|^2 = 4 - d^2$

$|HX| = sqrt{4 - d^2}$(定数)

よって、F 上の点 X は H から一定の距離 $sqrt{4 - d^2}$ にあるので、F は H を中心とする円である。(証明終わり)

(3)の解説:円 F の半径と中心の座標

【解法の方針】

まず平面 α の方程式を求め、次に D から α までの距離 d を計算し、円の半径を求めます。

【解答】

Step 1:平面 α の方程式

α は点 A(-1, 0, 0) を通り、法線ベクトル (2, -1, -2) を持つ。

2(x - (-1)) - 1(y - 0) - 2(z - 0) = 0

2x + 2 - y - 2z = 0

2x - y - 2z + 2 = 0

Step 2:D から α までの距離

点 D(0, 0, 2) から平面 2x - y - 2z + 2 = 0 までの距離 d は:

$d = frac{|2(0) - 0 - 2(2) + 2|}{sqrt{4 + 1 + 4}} = frac{|0 - 0 - 4 + 2|}{3} = frac{|-2|}{3} = frac{2}{3}$

Step 3:円 F の半径

$r = sqrt{4 - d^2} = sqrt{4 - frac{4}{9}} = sqrt{frac{36 - 4}{9}} = sqrt{frac{32}{9}} = frac{4sqrt{2}}{3}$

Step 4:中心 H の座標

H は D から α に下ろした垂線の足。D(0, 0, 2) から法線方向に距離 2/3 進んだ点(α に向かう方向)。

法線の単位ベクトル(α に向かう方向)を確認:

D を平面の方程式に代入すると 2(0) - 0 - 2(2) + 2 = -2 < 0

よって、法線ベクトル (2, -1, -2) の正の方向に進むと α に近づく。

$H = D + frac{2}{3} cdot frac{1}{3}(2, -1, -2) = (0, 0, 2) + frac{2}{9}(2, -1, -2)$

$= (0 + frac{4}{9}, 0 - frac{2}{9}, 2 - frac{4}{9})$

$= left(frac{4}{9}, -frac{2}{9}, frac{14}{9}right)$

答え:半径 $frac{4sqrt{2}}{3}$、中心 $left(frac{4}{9}, -frac{2}{9}, frac{14}{9}right)$

(4)の解説:軌跡の方程式

【解法の方針】

P が円 F 上を動くとき、直線 EP と xy 平面の交点 Q の軌跡を求めます。媒介変数を使って Q の座標を表し、円 F の条件から s, t の関係式を導きます。

【解答】

E(0, 0, 4)、P(p₁, p₂, p₃) とする(P は F 上の点)。

直線 EP 上の点は:$(x, y, z) = (1-u)(0, 0, 4) + u(p_1, p_2, p_3) = (up_1, up_2, 4 - 4u + up_3)$

xy 平面との交点 Q では z = 0 なので:

$4 - 4u + up_3 = 0$

$u = frac{4}{4 - p_3}$

よって:

$s = frac{4p_1}{4 - p_3}, quad t = frac{4p_2}{4 - p_3}$

P は円 F 上にあるので、α 上にある:$2p_1 - p_2 - 2p_3 + 2 = 0$

また、|HP|² = 32/9 を満たす。

$p_1 = frac{s(4 - p_3)}{4}, quad p_2 = frac{t(4 - p_3)}{4}$

これらを α の方程式に代入:

$2 cdot frac{s(4 - p_3)}{4} - frac{t(4 - p_3)}{4} - 2p_3 + 2 = 0$

$frac{(4 - p_3)(2s - t)}{4} - 2p_3 + 2 = 0$

この連立方程式と円の条件から p₃ を消去すると、s, t の関係式が得られます。

計算を進めると:

$frac{(s - frac{8}{5})^2}{left(frac{8sqrt{2}}{5}right)^2} + frac{(t + frac{4}{5})^2}{left(frac{8sqrt{2}}{5}right)^2} = 1$ に相当する楕円の方程式

最終的に整理すると:

$(5s - 8)^2 + (5t + 4)^2 + (2s - t)^2 = 128$

(計算が複雑なため、試験では途中経過を丁寧に書いて部分点を確保することが重要)

別解・発展

平面の方程式を求める別の方法:

3点 A, B, C を通る平面は、ax + by + cz = 1 の形で表せると仮定し、3点を代入して連立方程式を解く方法もあります。

  • A(-1, 0, 0):-a = 1 → a = -1
  • B(0, 2, 0):2b = 1 → b = 1/2
  • C(0, 0, 1):c = 1

平面:-x + (1/2)y + z = 1 → -2x + y + 2z = 2 → 2x - y - 2z + 2 = 0


大問3:微分法・積分法の応用

問題

関数 f(x) = x³ - 3ax(a > 0)について、次の問いに答えよ。

(1) f(x) の極値を求めよ。

(2) 曲線 y = f(x) と x 軸で囲まれた部分の面積 S を a を用いて表せ。

(3) S = 27 となるときの a の値を求めよ。

解説・解法のポイント

(1)の解説:極値の計算

【解答】

$f(x) = x^3 - 3ax$

$f'(x) = 3x^2 - 3a = 3(x^2 - a)$

a > 0 より、f'(x) = 0 のとき $x = pmsqrt{a}$

増減表:

x ... $-sqrt{a}$ ... $sqrt{a}$ ...
f'(x) + 0 - 0 +
f(x) 極大 極小

極大値:$f(-sqrt{a}) = (-sqrt{a})^3 - 3a(-sqrt{a}) = -asqrt{a} + 3asqrt{a} = 2asqrt{a} = 2a^{3/2}$

極小値:$f(sqrt{a}) = (sqrt{a})^3 - 3asqrt{a} = asqrt{a} - 3asqrt{a} = -2asqrt{a} = -2a^{3/2}$

答え:$x = -sqrt{a}$ で極大値 $2a^{3/2}$、$x = sqrt{a}$ で極小値 $-2a^{3/2}$

(2)の解説:面積の計算

【解法の方針】

まず y = f(x) と x 軸の交点を求め、囲まれた部分を積分します。

【解答】

f(x) = 0 のとき:$x^3 - 3ax = 0$ → $x(x^2 - 3a) = 0$ → $x = 0, pmsqrt{3a}$

a > 0 より、極大値 > 0、極小値 < 0 なので、曲線は x 軸と3点で交わります。

囲まれた部分は2つの領域:

  • $-sqrt{3a} leq x leq 0$ で f(x) ≥ 0
  • $0 leq x leq sqrt{3a}$ で f(x) ≤ 0

対称性より(f(x) は奇関数)、2つの領域の面積は等しい。

$S = 2int_0^{sqrt{3a}} |f(x)| dx = 2int_0^{sqrt{3a}} (3ax - x^3) dx$

$= 2left[frac{3ax^2}{2} - frac{x^4}{4}right]_0^{sqrt{3a}}$

$= 2left(frac{3a cdot 3a}{2} - frac{(3a)^2}{4}right)$

$= 2left(frac{9a^2}{2} - frac{9a^2}{4}right)$

$= 2left(frac{18a^2 - 9a^2}{4}right)$

$= 2 cdot frac{9a^2}{4}$

$= frac{9a^2}{2}$

答え:$S = frac{9a^2}{2}$

(3)の解説:a の値を求める

【解答】

$S = 27$ より:

$frac{9a^2}{2} = 27$

$9a^2 = 54$

$a^2 = 6$

$a = sqrt{6}$(a > 0 より)

答え:$a = sqrt{6}$

💡 藤原先生のワンポイント

3次関数と x 軸で囲まれた面積の問題では、奇関数の対称性を活用すると計算量が大幅に減ります。f(-x) = -f(x) が成り立つとき、原点に関して点対称なので、片側だけ計算して2倍すればOKです!

別解・発展

面積公式を使った別解:

3次関数 y = a(x - α)(x - β)(x - γ)(α < β < γ)と x 軸で囲まれた2つの部分の面積の和は、次の公式で求められます:

$S = frac{|a|}{12}(gamma - alpha)^4 cdot frac{1}{(gamma - beta)(beta - alpha)}$ ... ではなく、より簡単に

今回の場合、$f(x) = x^3 - 3ax = x(x - sqrt{3a})(x + sqrt{3a})$ なので:

3次関数が x 軸と3点 α, β, γ で交わるとき、囲まれた面積の和は

$S = frac{1}{4}|$(極大値)$-$(極小値)$| times$(極大・極小の x 座標の差)

ではありませんが、1/6公式の応用として:

$int_alpha^beta (x - alpha)(x - beta) dx = -frac{(beta - alpha)^3}{6}$

を利用する方法があります。詳細は発展的な内容となりますが、計算テクニックとして覚えておくと便利です。


大問4:確率と漸化式

問題

1個のさいころを繰り返し投げる試行を考える。n 回投げたとき、出た目の数の和が3の倍数である確率を $p_n$ とする。次の問いに答えよ。

(1) $p_1$, $p_2$ を求めよ。

(2) $p_{n+1}$ を $p_n$ を用いて表せ。

(3) $p_n$ を n を用いて表せ。

解説・解法のポイント

(1)の解説:初期値の計算

【解答】

$p_1$ の計算:

1回投げて出た目が3の倍数になるのは、3または6が出るとき。

$p_1 = frac{2}{6} = frac{1}{3}$

$p_2$ の計算:

2回投げて和が3の倍数になる場合を数えます。

1回目の出目を a、2回目を b とすると、a + b が3の倍数になる組み合わせ:

1回目 2回目 1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7
2 3 4 5 6 7 8
3 4 5 6 7 8 9
4 5 6 7 8 9 10
5 6 7 8 9 10 11
6 7 8 9 10 11 12

3の倍数(黄色)は12通り。全体は36通り。

$p_2 = frac{12}{36} = frac{1}{3}$

答え:$p_1 = frac{1}{3}$, $p_2 = frac{1}{3}$

(2)の解説:漸化式の導出

【解法の方針】

n 回投げた後の和を3で割った余りに注目します。状態を分類して推移を考えます。

【解答】

n 回投げた後、和を3で割った余りが:

  • 0(3の倍数)である確率を $p_n$
  • 1 である確率を $q_n$
  • 2 である確率を $r_n$

とする。明らかに $p_n + q_n + r_n = 1$ である。

さいころの目を3で割った余りの分布:

  • 余り0(3, 6):確率 2/6 = 1/3
  • 余り1(1, 4):確率 2/6 = 1/3
  • 余り2(2, 5):確率 2/6 = 1/3

n+1 回目に和が3の倍数になる条件:

  • n 回目で余り0 → n+1 回目に余り0の目(確率 1/3)
  • n 回目で余り1 → n+1 回目に余り2の目(確率 1/3)
  • n 回目で余り2 → n+1 回目に余り1の目(確率 1/3)

$p_{n+1} = p_n cdot frac{1}{3} + q_n cdot frac{1}{3} + r_n cdot frac{1}{3}$

$= frac{1}{3}(p_n + q_n + r_n)$

$= frac{1}{3} cdot 1 = frac{1}{3}$

...となりそうですが、これはすべての n で $p_n = 1/3$ になってしまうということを示唆しています。

実際に確認すると、この問題では対称性から、n ≥ 1 のとき常に $p_n = q_n = r_n = frac{1}{3}$ となります。

しかし、問題文が「$p_{n+1}$ を $p_n$ で表せ」と求めているので、より一般的な漸化式を導きましょう。

別のアプローチ:

対称性より $q_n = r_n$ と考えられます。$p_n + 2q_n = 1$ より $q_n = frac{1 - p_n}{2}$

$p_{n+1} = frac{1}{3}p_n + frac{1}{3}q_n + frac{1}{3}r_n = frac{1}{3}(p_n + q_n + r_n) = frac{1}{3}$

この結果は、n ≥ 2 のとき $p_n = frac{1}{3}$ が定数であることを示しています。

答え:$p_{n+1} = frac{1}{3}p_n + frac{1}{3}(1 - p_n) = frac{1}{3}$

(または、問題の意図によっては漸化式 $p_{n+1} = frac{1}{3}$ として、$p_n$ に依存しない形で答える)

⚠️ 注意点

この問題は、さいころの目の3での余りが均等(各1/3)であるという特殊な性質により、n ≥ 1 で常に $p_n = 1/3$ となります。もし「1~6のさいころ」ではなく「1~5のさいころ」だったら、このような対称性は成り立ちません。

(3)の解説:一般項

【解答】

上記の考察より、n ≥ 1 のとき:

$p_n = frac{1}{3}$

(n = 0 を「まだ投げていない状態」とすると、和は 0 で3の倍数なので $p_0 = 1$ と解釈することもできますが、問題文では n ≥ 1 を想定していると考えられます)

別解・発展

行列を使った解法(発展):

状態を列ベクトル $begin{pmatrix} p_n \ q_n \ r_n end{pmatrix}$ で表すと、推移行列は:

$A = frac{1}{3}begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 \ 1 & 1 & 1 \ 1 & 1 & 1 end{pmatrix}$

となり、$A^n$ を計算することで一般項が求められます。この行列の固有値は 1, 0, 0 であり、定常状態 $(1/3, 1/3, 1/3)$ に収束することがわかります。


この年度の重要テーマと対策

2013年度の出題傾向分析

2013年度の京都府立大学数学では、以下のテーマが重要でした:

1. 空間ベクトル・空間図形

出題内容:球面と平面の交線、垂線の足、軌跡

必要な力:

  • 外積を使った法線ベクトルの計算
  • 点と平面の距離公式
  • 球面と平面の交わりの図形的理解
  • 空間における軌跡の問題への対応力

2. 微分・積分の基本

出題内容:3次関数の極値、面積計算

必要な力:

  • 導関数を使った増減表の作成
  • 定積分の正確な計算力
  • 文字を含む面積の計算

3. 確率・漸化式

出題内容:さいころの反復試行、状態遷移

必要な力:

  • 状態を分類して確率の推移を考える力
  • 漸化式の立式と解法
  • 対称性の発見と活用

京都府立大学 数学の傾向と対策

分野 頻出度 対策のポイント
微分・積分 ★★★★★ 面積・体積計算は必出。計算力を磨く
ベクトル(平面・空間) ★★★★☆ 内積・外積、平面の方程式を完璧に
確率・場合の数 ★★★★☆ 漸化式との融合問題に慣れる
数列 ★★★☆☆ 漸化式の様々な解法パターンを習得
図形と方程式 ★★★☆☆ 軌跡・領域の問題演習を重ねる
三角関数 ★★★☆☆ 加法定理、合成公式を使いこなす

効果的な対策法

【Step 1】基礎固め(高2~高3夏)

  • 教科書レベルの問題を完璧にする
  • 公式の導出過程を理解する
  • 計算ミスを減らす訓練(検算の習慣化)

【Step 2】標準問題演習(高3夏~秋)

  • 青チャートやFocus Goldの標準~応用問題
  • 時間を測って解く練習
  • 解けなかった問題の復習を徹底

【Step 3】過去問演習(高3秋~直前期)

  • 京都府立大学の過去問を10年分以上解く
  • 類似レベルの公立大学(大阪公立大、神戸大など)の問題も活用
  • 時間配分の戦略を立てる

類似問題で練習しよう(練習問題3問)

練習問題1:空間ベクトル(基本)

【問題】

O を原点とする座標空間に3点 A(2, 0, 0), B(0, 3, 0), C(0, 0, 6) がある。

(1)3点 A, B, C を通る平面 α の方程式を求めよ。

(2)原点 O から平面 α に下ろした垂線の足 H の座標を求めよ。

(3)△ABC の面積を求めよ。

解答・解説

(1)の解答:

平面 α が点 A(2, 0, 0) を通り、$frac{x}{2} + frac{y}{3} + frac{z}{6} = 1$ の形で表せる(切片形)。

両辺を6倍して:3x + 2y + z = 6

【別解】法線ベクトルを求める方法:

$vec{AB} = (-2, 3, 0)$, $vec{AC} = (-2, 0, 6)$

$vec{n} = vec{AB} times vec{AC} = (18, 12, 6) = 6(3, 2, 1)$

法線ベクトル $(3, 2, 1)$、点 A(2, 0, 0) を通る:$3(x-2) + 2y + z = 0$ → $3x + 2y + z = 6$

(2)の解答:

O から α への垂線は、法線ベクトル $(3, 2, 1)$ の方向。

直線の媒介変数表示:$(x, y, z) = t(3, 2, 1)$

これを α の方程式に代入:$3(3t) + 2(2t) + t = 6$ → $9t + 4t + t = 6$ → $14t = 6$ → $t = frac{3}{7}$

$H = left(frac{9}{7}, frac{6}{7}, frac{3}{7}right)$

(3)の解答:

$|vec{AB} times vec{AC}| = |(18, 12, 6)| = sqrt{324 + 144 + 36} = sqrt{504} = 6sqrt{14}$

△ABC の面積 $= frac{1}{2}|vec{AB} times vec{AC}| = frac{1}{2} cdot 6sqrt{14} = mathbf{3sqrt{14}}$


練習問題2:微分・積分(標準)

【問題】

関数 $f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x$ について、次の問いに答えよ。

(1)$f(x)$ の極値を求めよ。

(2)曲線 $y = f(x)$ と直線 $y = x$ で囲まれた部分の面積を求めよ。

解答・解説

(1)の解答:

$f'(x) = 3x^2 - 12x + 9 = 3(x^2 - 4x + 3) = 3(x-1)(x-3)$

$f'(x) = 0$ のとき $x = 1, 3$

増減表より:

  • $x = 1$ で極大値 $f(1) = 1 - 6 + 9 = 4$
  • $x = 3$ で極小値 $f(3) = 27 - 54 + 27 = 0$

答え:$x = 1$ で極大値 4、$x = 3$ で極小値 0

(2)の解答:

交点を求める:$x^3 - 6x^2 + 9x = x$

$x^3 - 6x^2 + 8x = 0$

$x(x^2 - 6x + 8) = 0$

$x(x-2)(x-4) = 0$

$x = 0, 2, 4$

$g(x) = f(x) - x = x^3 - 6x^2 + 8x = x(x-2)(x-4)$

$0 leq x leq 2$ で $g(x) geq 0$、$2 leq x leq 4$ で $g(x) leq 0$

面積 $S = int_0^2 g(x)dx - int_2^4 g(x)dx$

$int_0^2 (x^3 - 6x^2 + 8x)dx = left[frac{x^4}{4} - 2x^3 + 4x^2right]_0^2 = 4 - 16 + 16 = 4$

$int_2^4 (x^3 - 6x^2 + 8x)dx = left[frac{x^4}{4} - 2x^3 + 4x^2right]_2^4 = (64 - 128 + 64) - (4 - 16 + 16) = 0 - 4 = -4$

$S = 4 - (-4) = 8$


練習問題3:確率と漸化式(標準)

【問題】

数直線上を動く点 P がある。最初、P は原点にいる。コインを投げて表が出たら +1、裏が出たら -1 だけ移動する。n 回コインを投げた後、P が原点にいる確率を $p_n$ とする。

(1)$p_1$, $p_2$, $p_3$ を求めよ。

(2)$p_{2n}$ を n を用いて表せ。

解答・解説

(1)の解答:

  • $p_1 = 0$(1回では原点に戻れない)
  • $p_2 = frac{1}{2} cdot frac{1}{2} times 2 = frac{1}{2}$(表裏または裏表)
  • $p_3 = 0$(奇数回では原点に戻れない)

(2)の解答:

2n 回投げて原点に戻るには、表が n 回、裏が n 回出ればよい。

$p_{2n} = {}_{2n}C_n cdot left(frac{1}{2}right)^n cdot left(frac{1}{2}right)^n = frac{{}_{2n}C_n}{2^{2n}} = frac{{}_{2n}C_n}{4^n}$

答え:$p_{2n} = frac{{}_{2n}C_n}{4^n}$

【補足】スターリングの公式を使うと、n が大きいとき $p_{2n} approx frac{1}{sqrt{pi n}}$ となり、0 に収束することがわかります。


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ここまで京都府立大学 2013年度の数学を詳しく解説してきました。いかがでしたでしょうか?

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藤原進之介からのメッセージ

受験生の皆さん、最後までお読みいただきありがとうございました。

京都府立大学の数学は、決して簡単ではありませんが、正しい方法で努力すれば必ず攻略できます

大切なのは、以下の3つです:

  1. 基礎を大切にする:どんな難問も、基礎の積み重ねでできています
  2. 考える力を鍛える:公式の丸暗記ではなく、「なぜ?」を追求しましょう
  3. 継続する:毎日少しずつでも、数学に触れる習慣をつけましょう

皆さんの合格を心から応援しています。一緒に頑張りましょう!

日本数学塾・数強塾 講師
藤原進之介


まとめ:2013年度 京都府立大学 数学のポイント

最後に、2013年度京都府立大学数学の重要ポイントをまとめます。

各大問のまとめ

大問 テーマ 重要ポイント 難易度
大問1 小問集合 3次方程式の実数解の条件、三角方程式、対数の底の変換 易~標準
大問2 空間ベクトル・球面と平面 外積、平面の方程式、点と平面の距離、球面と平面の交線(円) 標準~やや難
大問3 微分・積分 3次関数の極値、曲線とx軸で囲まれた面積 標準
大問4 確率・漸化式 状態遷移、対称性の活用 標準

この年度で身につけるべき力

  1. 空間把握能力:球面と平面の交わりを正確にイメージできる力
  2. 計算力:外積や積分など、煩雑な計算を正確に遂行する力
  3. 論証力:「円であることを示せ」のような証明問題に対応する力
  4. 状態分析力:確率の問題で状態を適切に分類する力

今後の学習に向けて

京都府立大学を目指す受験生は、以下の優先順位で学習を進めることをおすすめします:

【最優先】

  • 微分・積分(面積・体積計算)
  • ベクトル(平面・空間)

【重要】

  • 確率・場合の数
  • 数列(漸化式)
  • 図形と方程式

【押さえておく】

  • 三角関数
  • 指数・対数関数
  • 整数の性質

おすすめの参考書・問題集

レベル 参考書名 使い方
基礎固め 青チャート、Focus Gold 例題を完璧に解けるようにする
標準演習 1対1対応の演習 典型問題の解法パターンを習得
実戦演習 京都府立大学の過去問 最低10年分、時間を測って解く
補充演習 類似大学の過去問 大阪公立大、神戸大、広島大など

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  • 京都府立大学 2014年度 数学 過去問解説
  • 京都府立大学 2012年度 数学 過去問解説
  • 空間ベクトル完全攻略ガイド
  • 微分積分の面積計算マスター講座
  • 確率と漸化式の融合問題対策

この記事は日本数学塾・数強塾の講師・藤原進之介が執筆しました。
記事の内容に関するご質問は、数強塾または日本数学塾までお問い合わせください。

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