広島大学 2011年度 数学 過去問解説|藤原進之介先生と一緒に完全攻略!

広島大学 2011年度 数学 過去問解説|藤原進之介先生と一緒に完全攻略!


はじめに:この記事で合格への道筋を掴もう

広島大学 2011年度 数学 過去問解説へようこそ!数強塾・日本数学塾代表の藤原進之介です。

この記事を読むと、以下の3つの価値が手に入ります:

  • ✅ 広島大学数学の出題傾向と狙われるポイントが完全に分かる
  • ✅ 2011年度の全大問を、途中計算ゼロ省略で丁寧に解説してもらえる
  • ✅ 合否を分ける論述・計算のコツと今後の学習ロードマップまで理解できる

👨‍🏫 藤原先生より:「広島大学の数学は『基礎力×論理的思考力』の掛け算で勝負が決まります。難問を解く必要はありません。今日この解説でしっかり土台を作っていきましょう!一緒に頑張ろう!」


セクション1:広島大学の数学 — 入試の全体像

試験形式・配点・時間

広島大学の数学入試は、理系・文系で試験時間と問題構成が異なります。

区分 時間 問題数 科目範囲
理系(数学Ⅰ・Ⅱ・Ⅲ・A・B・C) 150分 5問 数学Ⅰ・Ⅱ・Ⅲ・A・B(数列・ベクトル)・C(行列・曲線)
文系(数学Ⅰ・Ⅱ・A・B) 120分 5問 数学Ⅰ・Ⅱ・A・B(数列・ベクトル)

答案はすべて記述式。途中の論理展開や計算過程が採点対象になります。これが広島大学数学の最大の特徴であり、「答えだけ合っていても部分点が取れない」という落とし穴があります。

偏差値帯と求められる数学レベル

広島大学の偏差値は学部によって異なりますが、主要学部(医学部を除く理工系)で偏差値55〜62程度。求められる数学力は「標準レベルの問題を確実に解ける力」+「論理的な記述力」です。

東大・京大のような超難問はほぼ出ません。むしろ、標準的な問題をいかに正確に・論理的に書けるかが勝負です。青チャートやフォーカスゴールドをしっかりマスターした上で、記述の練習を積めば必ず得点できます。

過去5〜10年の出題傾向まとめ(頻出単元ランキング)

順位 単元 出題頻度 コメント
1位 微積分(積分・面積) ★★★★★ ほぼ毎年出題。定積分・面積計算は必須
2位 確率・確率の漸化式 ★★★★☆ 年度によって漸化式と組み合わせて出題
3位 図形・ベクトル ★★★★☆ 内積・位置ベクトルが頻出
4位 対数・指数 ★★★☆☆ 証明問題として登場することも
5位 行列・変換 ★★★☆☆ 旧課程(2011年度等)では頻出
6位 数列(漸化式) ★★★☆☆ 確率と組み合わせが多い
7位 2次関数・最大最小 ★★★☆☆ 文系では定番

他大学との比較・広島大学数学の特徴

  • 東大・京大:高度な発想力・論述の完成度が必要。難問が多い。
  • 広島大学:発想力より基礎知識の確実な運用と論理的記述が問われる。標準〜やや難の問題を丁寧に解く力が必要。
  • 同レベル帯の大学(岡山・熊本等)と比較しても、証明問題の出題が多いのが特徴。

🧑 生徒:「広島大学の数学って、どんな力が一番大事なんですか?青チャートだけでは足りないですか?」

👨‍🏫 藤原先生:「いい質問だね!広島大学で一番大事なのは『標準問題を論理的に記述する力』なんだ。青チャートで基礎を固めて、次に1対1対応の演習(東京出版)や数学 標準問題精講(旺文社)で記述答案の書き方を練習するのが最強ルートだよ。答えが合っているだけではなく、$\because$(なぜなら)の部分をしっかり書けるようになることが合格への鍵だよ。」

基礎力と記述力、両方を鍛えれば広島大学の数学は必ず攻略できます!


セクション2:2011年度 出題テーマ速報と分析

2011年度 大問別テーマ一覧

OCRデータを精査した結果、2011年度の出題テーマは以下のとおりです(理系・文系それぞれ):

理系(数学Ⅰ・Ⅱ・Ⅲ・A・B・C)

大問 テーマ 難易度
[1] 行列・1次変換($A^2 = kE$、逆変換、条件判別) ★★★☆☆
[2] 対数の無理性・小数部分・小数第1位(証明問題) ★★★★☆

文系(数学Ⅰ・Ⅱ・A・B)

大問 テーマ 難易度
[1] 整数部分・小数部分、2次関数の値域 ★★★☆☆
[2] 対数の無理性・小数部分(証明) ★★★★☆
[3] 放物線と直線・面積・円(積分・図形) ★★★★☆

難易度評価と合格ライン

2011年度は全体として標準〜やや難のセットでした。特に[2]の対数の証明問題は、帰謬法(背理法)の使い方を正確に理解していないと手が出ない問題です。一方、[1]や[3]は基礎〜標準レベルの計算問題が中心で、しっかり得点できるはず。

合格ライン(推定):全体の60〜70%程度。証明問題で完全正答できると大きなアドバンテージになります。

前年度との傾向変化

2010年度と比較すると、2011年度は証明問題の比重が増加しました。単純計算だけでなく、論理展開の明確な記述が要求される問題が増えており、これは近年の広島大学数学のトレンドと一致しています。

今年度もしっかり過去問を解いて、記述の書き方を身につけましょう!


セクション3:全大問 問題・解説

大問1:行列と1次変換(難易度★★★☆☆)

【問題文】

実数 $a, b$ に対して、2次正方行列 $A$ とベクトル $B$ を

$$A = \begin{pmatrix} a & 2-a \\ 1+a & 2 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 2b \\ b \end{pmatrix}$$

と定め、$E = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$ とする。等式

$$\begin{pmatrix} x' \\ y' \end{pmatrix} = A \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} + B$$

により、座標平面上の点 $P(x, y)$ に対し点 $P'(x', y')$ が定まるものとする。

(1) $a = b = -1$ のとき、点 $P'(3, 2)$ となる点 $P(x, y)$ を求めよ。

(2) $A^2 = kE$($k$ は実数)を満たすとき、$a, k$ の値を求めよ。

(3) どんな点 $P$ に対しても点 $P'$ が原点 $O$ に一致しないための $a, b$ の条件を求めよ。


【使う公式・定理】

公式名 内容
ケーリー・ハミルトンの定理 行列 $A$ の固有多項式を $p(\lambda) = \lambda^2 - (a_{11}+a_{22})\lambda + \det A$ とおくと $p(A) = O$
逆行列の公式 $A = \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix}$ のとき $A^{-1} = \frac{1}{ad-bc}\begin{pmatrix} d & -b \\ -c & a \end{pmatrix}$($ad-bc \neq 0$ のとき)
連立方程式の解の存在条件 行列 $A$ に逆行列が存在 $\Leftrightarrow$ $\det A \neq 0$ $\Leftrightarrow$ 方程式 $A\vec{x} = \vec{v}$ は一意解を持つ

【小問(1)の解法ステップ】

ステップ① $a = b = -1$ を代入して行列を具体化する。

$$A = \begin{pmatrix} -1 & 3 \\ 0 & 2 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} -2 \\ -1 \end{pmatrix}$$

ステップ② $P'(3, 2)$ となる条件を立式する。

$$\begin{pmatrix} 3 \\ 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -1 & 3 \\ 0 & 2 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} -2 \\ -1 \end{pmatrix}$$
$$\Leftrightarrow \begin{pmatrix} -1 & 3 \\ 0 & 2 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 \\ 3 \end{pmatrix}$$

ステップ③ $\det A = (-1)(2) - (3)(0) = -2 \neq 0$ なので逆行列が存在する。

$$A^{-1} = \frac{1}{-2}\begin{pmatrix} 2 & -3 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -1 & \frac{3}{2} \\ 0 & \frac{1}{2} \end{pmatrix}$$

ステップ④ 解を求める。

$$\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = A^{-1}\begin{pmatrix} 5 \\ 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -1 & \frac{3}{2} \\ 0 & \frac{1}{2} \end{pmatrix}\begin{pmatrix} 5 \\ 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -5 + \frac{9}{2} \\ \frac{3}{2} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -\frac{1}{2} \\ \frac{3}{2} \end{pmatrix}$$
$$\therefore P\!\left(-\frac{1}{2},\ \frac{3}{2}\right) \quad \cdots \text{(答)}$$

【小問(2)の解法ステップ】

ステップ① ケーリー・ハミルトンの定理を適用する。

$A$ のトレース(対角成分の和)は $a + 2$、行列式は

$$\det A = 2a - (2-a)(1+a) = 2a - (2 + 2a - a - a^2) = a^2 + a - 2$$

よって、ケーリー・ハミルトンの定理より:

$$A^2 - (a+2)A + (a^2+a-2)E = O \quad \cdots ①$$

ステップ② $A^2 = kE$ を①に代入する。

$$kE - (a+2)A + (a^2+a-2)E = O$$
$$\Leftrightarrow (a+2)A = (a^2+a-2+k)E \quad \cdots ②$$

ステップ③ 場合分けで解く。

(i) $a = -2$ のとき:

②の左辺は $0 \cdot A = O$ になるから、右辺も $O$ でなければならない。

$$a^2 + a - 2 + k = (-2)^2 + (-2) - 2 + k = 0 + k = 0$$
$$\therefore k = 0$$

このとき $A = \begin{pmatrix} -2 & 4 \\ -1 & 2 \end{pmatrix}$ であり、確認すると:

$$A^2 = \begin{pmatrix} -2 & 4 \\ -1 & 2 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} -2 & 4 \\ -1 & 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4-4 & -8+8 \\ 2-2 & -4+4 \end{pmatrix} = O = 0 \cdot E \checkmark$$

(ii) $a \neq -2$ のとき:

②より $A = \frac{a^2+a-2+k}{a+2} E = \alpha E$($\alpha$ は実数)と表せる。

しかし $A = \alpha E$ となるためには $2-a = 0$ かつ $1+a = 0$ が同時に必要で、これを満たす実数 $a$ は存在しない。よって不適。

ステップ④ 結論をまとめる。

$$\boxed{a = -2,\quad k = 0} \quad \cdots \text{(答)}$$

【小問(3)の解法ステップ】

ステップ① 問題の意味を整理する。

$P'$ が原点 $O$ に一致するとは、$\begin{pmatrix} 0 \\ 0 \end{pmatrix} = A\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} + B$、すなわち

$$A\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = -B = \begin{pmatrix} -2b \\ -b \end{pmatrix} \quad \cdots ③$$

が成立するような実数 $(x, y)$ の組が存在しないことを求める。

ステップ② $\det A$ を計算する。

$$\det A = 2a - (2-a)(1+a) = 2a - (2 + a - a^2) = a^2 + a - 2 = (a+2)(a-1)$$
$$\det A = 0 \Leftrightarrow a = -2 \text{ または } a = 1$$

ステップ③ $\det A \neq 0$ の場合:

逆行列が存在するので、③を満たす $(x, y)$ が必ず存在してしまう。つまり P' が原点に一致する点 P が存在する。 → 条件を満たさない

よって $\det A = 0$、すなわち $a = -2$ または $a = 1$ の場合を詳しく調べる。

ステップ④ $a = -2$ のとき:

$$A = \begin{pmatrix} -2 & 4 \\ -1 & 2 \end{pmatrix}$$

③は

$$\begin{pmatrix} -2 & 4 \\ -1 & 2 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -2b \\ -b \end{pmatrix}$$

第1行:$-2x + 4y = -2b \Rightarrow -x + 2y = -b$
第2行:$-x + 2y = -b$(第1行と同じ)

→ これを満たす実数 $(x, y)$ は無数に存在する。条件を満たさない。→ 不適

ステップ⑤ $a = 1$ のとき:

$$A = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 2 & 2 \end{pmatrix}$$

③は

$$\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 2 & 2 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -2b \\ -b \end{pmatrix}$$

第1行:$x + y = -2b \quad \cdots ⑤_1$
第2行:$2x + 2y = -b \Rightarrow x + y = -\frac{b}{2} \quad \cdots ⑤_2$

$⑤_1$ と $⑤_2$ が矛盾する(解なし)ための条件は $-2b \neq -\frac{b}{2}$、すなわち

$$-2b \neq -\frac{b}{2} \Leftrightarrow -4b \neq -b \Leftrightarrow -3b \neq 0 \Leftrightarrow b \neq 0$$

ステップ⑥ 結論:

$$\boxed{a = 1,\quad b \neq 0} \quad \cdots \text{(答)}$$

【藤原先生の解説】

この問題は「行列の1次変換」という単元ですが、核心は連立方程式の解の存在条件です。

料理に例えると、行列 $A$ は「レシピ」で、$B$ は「調味料(定数ベクトル)」です。「どんな材料 $P(x,y)$ を入れても完成品が原点にならない」ためには、まずレシピが「同じ結果を出せる自由度を持たない($\det A \neq 0$)」ときは必ず解が存在してしまいます。だから $\det A = 0$ の場合だけを調べて、さらに「矛盾した方程式になる」ような条件を探すのです。

小問(2)のケーリー・ハミルトンの定理は、覚えているだけでは不十分。「どう使うか」を理解することが大切です。$A^2 = kE$ という条件をケーリー・ハミルトンに代入して $(a+2)A = \text{(スカラー行列)}$ の形を作り出す、この流れが美しいですね。


🧑 生徒:「小問(2)で、なぜケーリー・ハミルトンの定理を使うんですか?直接 $A^2$ を計算してはだめですか?」

👨‍🏫 藤原先生:「もちろん直接計算しても解けるよ!でも、ケーリー・ハミルトンの定理 $A^2 - (a+2)A + (a^2+a-2)E = O$ を使う方が断然スマートなんだ。直接計算すると $A^2 = \begin{pmatrix} a^2+(2-a)(1+a) & a(2-a)+2(2-a) \\ a(1+a)+2(1+a) & (2-a)(1+a)+4 \end{pmatrix}$ という複雑な式になって、$A^2 = kE$ から4つの等式を立てなきゃいけない。ケーリー・ハミルトンを使えば $A$ の式に変形できて、行列の成分比較がずっと楽になるんだよ。道具を正しく使うことで計算量を劇的に減らせる — これが数学の美しさだね!」

行列の問題は「ケーリー・ハミルトン」が頼もしい武器。使いこなせれば大きな差がつきます!


【この大問で身につく力】

行列の成分計算と「解が存在しない条件=矛盾する方程式系」の論理構造を正確に記述する力が鍛えられます。行列の1次変換は旧課程(数学C)の単元ですが、線形代数の基礎として重要な思考パターンです。


大問2:対数の無理性と小数部分(難易度★★★★☆)

【問題文】

(1) $\log_2 3 = \frac{m}{n}$ を満たす自然数 $m, n$ は存在しないことを証明せよ。

(2) $p, q$ を異なる自然数とするとき、$p\log_2 3$ と $q\log_2 3$ の小数部分は等しくないことを証明せよ。

(3) $\log_2 3$ の値の小数第1位を求めよ。


【使う公式・定理】

公式名 内容
背理法(帰謬法) 命題 $P$ を証明するために「$P$ でないと仮定」して矛盾を導く手法
対数の定義 $\log_a b = c \Leftrightarrow a^c = b$($a > 0, a \neq 1, b > 0$)
小数部分の定義 実数 $x$ の小数部分 $= x - \lfloor x \rfloor$($\lfloor x \rfloor$ は $x$ を超えない最大の整数)

【小問(1)の解法ステップ:背理法による無理数の証明】

ステップ① 背理法の仮定を立てる。

$\log_2 3 = \frac{m}{n}$($m, n$ は自然数)を満たす $m, n$ が存在すると仮定する。

ステップ② 対数の定義を使って変換する。

$$\log_2 3 = \frac{m}{n} \Leftrightarrow 2^{\frac{m}{n}} = 3 \Leftrightarrow \left(2^{\frac{m}{n}}\right)^n = 3^n \Leftrightarrow 2^m = 3^n \quad \cdots ①$$

ステップ③ 矛盾を導く。

①の左辺 $2^m$:$m$ は自然数なので $2^m$ は偶数

①の右辺 $3^n$:$n$ は自然数なので $3^n$ は奇数(3の何乗も奇数×奇数×…=奇数)

偶数 $=$ 奇数 となり、矛盾が生じる。

ステップ④ 結論。

よって仮定が誤りであり、$\log_2 3 = \frac{m}{n}$ を満たす自然数 $m, n$ は存在しない。 (証明終)


【小問(2)の解法ステップ:対比法(背理法)】

ステップ① $p \neq q$($p, q$ は自然数)として、一般性を失わず $p > q$ と仮定する。

ステップ② $p\log_2 3$ と $q\log_2 3$ の小数部分が等しいと仮定して矛盾を導く。

小数部分が等しければ、$p\log_2 3 - q\log_2 3$ は整数(しかも $p > q$ より正の整数)になる。

よって、ある自然数 $k$ が存在して:

$$(p - q)\log_2 3 = k$$
$$\Leftrightarrow \log_2 3 = \frac{k}{p-q}$$

ステップ③ (1)の結果と矛盾する。

$k$ は自然数、$p - q$ は自然数($p > q$ より)なので、$\frac{k}{p-q}$ は正の有理数。

しかし(1)で $\log_2 3$ は自然数比で表せないことを証明した。矛盾!

ステップ④ 結論。

よって仮定が誤りであり、$p, q$ が異なる自然数であるとき、$p\log_2 3$ と $q\log_2 3$ の小数部分は等しくない。 (証明終)


【小問(3)の解法ステップ:不等式による近似】

ステップ① $\log_2 3$ の値の範囲を不等式で挟む方針を立てる。

小数第1位の数字が分かれば十分なので、$1.5$ と $1.6$ の間に $\log_2 3$ があることを示す。

ステップ② 具体的な累乗の比較を計算する。

$$2^{15} = 32768, \quad 3^{10} = 59049, \quad 2^{16} = 65536$$
$$32768 < 59049 < 65536$$
$$\therefore 2^{15} < 3^{10} < 2^{16} \quad \cdots \ast$$

ステップ③ $\ast$ に $\log_2$ を取る。

$\log_2$ は単調増加関数なので:

$$\log_2 2^{15} < \log_2 3^{10} < \log_2 2^{16}$$
$$\Leftrightarrow 15 < 10\log_2 3 < 16$$
$$\Leftrightarrow 1.5 < \log_2 3 < 1.6$$

ステップ④ 結論。

$1.5 < \log_2 3 < 1.6$ より、$\log_2 3 = 1.



👨‍🏫 この記事を書いた人:藤原進之介

**藤原進之介**(数強塾グループ代表)

Gakken・KADOKAWA・ナツメ社・文英堂・旺文社など**大手出版社5社から計9冊**の参考書を刊行している数学・情報Iの専門家。全国の中高生・受験生に向けて、わかりやすく・楽しく・本質的な数学指導を行っています。

**主要著書:**
- 『オールカラー 高校の数学を身近な例からもういちど学びなおす』(ナツメ社)
- 『きめる! 共通テスト情報I』(Gakken)
- 『ライバルに差をつける 情報 I 鉄板の100 題』(KADOKAWA)
- 『共通テスト パターンドリル 情報Ⅰ』(文英堂)
- 『資格試験ムビスタ 藤原のたった9時間でITパスポート 令和8年度版(2026年)』(Gakken)
- 『大学JUKEN新書 共通テスト 7日で完成 情報Ⅰ』(旺文社)
- 『藤原のたった9時間で情報I』(Gakken)
- 『藤原進之介の 情報I プログラミング・データの活用が面白いほどわかる本』(KADOKAWA)
- 『藤原進之介の ゼロから始める情報I』(KADOKAWA)

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