広島大学 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!

広島大学 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!

はじめに:この記事で得られること

広島大学 2013年度 数学 過去問解説へようこそ!この記事では、数強塾・日本数学塾代表の藤原進之介が、2013年度広島大学入試数学の全問題を徹底解説します。

この記事を読むことで、次の3つが身につきます:

  • ✅ 行列の1次変換・格子点と確率(大問1)の本質的な解法が理解できる
  • ✅ 放物線への接線・ベクトルと三角関数(大問2)の典型パターンが完全マスターできる
  • ✅ 広島大学数学の出題傾向・合格戦略がわかり、本番での時間配分ができるようになる

👨‍🏫 藤原先生より: 広島大学の数学は「基礎力 × 思考力」が問われる良問揃いです。難問はほとんどなく、丁寧に基礎を積み上げてきた受験生が有利になる試験です。一緒に一歩ずつ解いていきましょう!


【セクション2】広島大学の数学:入試の全体像

試験形式・基本データ

項目 内容
試験時間 150分(9:00〜11:30)
問題数 5問(数学Ⅰ・Ⅱ・Ⅲ・A・B・C)
解答形式 記述式(論述答案)
配点 各問均等(詳細は学部により異なる)
出題範囲 数学Ⅰ〜Ⅲ・A・B(数列・ベクトル)・C(行列・式と曲線)

※本記事では、OCRデータが得られた大問1(行列・格子点)と大問2(接線・ベクトル)を完全解説します。

広島大学数学の難易度と偏差値帯

広島大学の理系数学は、偏差値55〜65程度の受験生を対象とした標準〜やや難レベルです。旧帝大(東大・京大・阪大)のような超難問は少なく、教科書レベルの公式・定理をしっかり使いこなせれば十分に対応できます。

他大学との比較:
- 東大・京大:高度な論証力と独自の発想が必要
- 阪大・名大:計算量が多く処理スピードが問われる
- 広島大学:標準問題の完成度と論述の正確さが鍵

過去10年の頻出単元ランキング(広島大学 数学)

順位 単元 出題頻度 重要度
1位 微分・積分(面積・最大最小) ★★★★★ 最重要
2位 図形とベクトル ★★★★☆ 重要
3位 確率・期待値 ★★★★☆ 重要
4位 数列(漸化式・級数) ★★★☆☆ 頻出
5位 行列・1次変換 ★★★☆☆ 頻出
6位 式と曲線(媒介変数・軌跡) ★★★☆☆ 頻出

藤原先生コメント

🧑 生徒:「広島大学の数学って、どんな対策をすればいいんですか?」

👨‍🏫 藤原先生:「広島大学の数学で大切なのは、標準問題を確実に完答する力だよ。例えば接線の問題なら、曲線 $y = f(x)$ 上の点 $(t, f(t))$ における接線の方程式 $y = f'(t)(x - t) + f(t)$ をすぐに立てられるか、そして『外部の点を通る』という条件を $t$ についての方程式に変換できるかが勝負。青チャートやフォーカスゴールドで標準問題を徹底的に練習して、論述答案の書き方まで仕上げることが最大の近道だよ!」

💪 広島大学数学は「丁寧な基礎学習」が最強の武器です。一緒に積み上げていきましょう!


【セクション3】2013年度 出題テーマ速報と分析

2013年度 大問別テーマ一覧

大問 テーマ 単元 難易度
大問1 [1] 行列の1次変換・直線への正射影 数学C(行列) ★★★☆☆
大問1 [2] 格子点の隣接点・期待値・確率 数学A・B(確率・数列) ★★★★☆
大問2 [1] 放物線への接線・面積 数学Ⅱ(微積分) ★★★☆☆
大問2 [2] 単位円上の点・内積・ベクトル・三角関数 数学B・Ⅱ(ベクトル・三角関数) ★★★☆☆

難易度評価と合格ライン

  • 大問2 [1]・[2]:典型的な入試標準問題。完答を狙いたい。
  • 大問1 [1]:行列の知識が必要。(1)(2)は完答、(3)は三角関数の最大最小。
  • 大問1 [2]:格子点の数え上げ+期待値+確率。(1)は完答、(2)(3)は方針が立てば完答可能。

合格戦略: 大問2を先に解いて得点を確保し、大問1の計算ミスに注意しながら丁寧に論述する。合格ラインは6〜7割程度と想定される。

💡 前年度との比較: 2013年度は行列(数学C)と格子点という組み合わせが特徴的。微積分・ベクトルは例年通り出題されており、これは現在でも学習価値が非常に高い内容です。


【セクション4】全大問 完全解説


大問1 [1]:行列の1次変換・直線への正射影(難易度★★★☆☆)

【問題文】

$-\dfrac{\pi}{2} < \theta < \dfrac{\pi}{2}$ とする。座標平面上で原点 $O$ を通り傾き $\tan\theta$ の直線を $\ell$ とし、行列

$$A = \begin{pmatrix} \cos^2\theta & \sin\theta\cos\theta \\ \sin\theta\cos\theta & \sin^2\theta \end{pmatrix}$$

の表す1次変換を $f$ とする。座標平面上に2点 $P$、$Q$ がある。次の問いに答えよ。

(1) 線分 $OP$ が直線 $\ell$ と垂直であるとき、1次変換 $f$ による点 $P$ の像を求めよ。

(2) 1次変換 $f$ による点 $Q$ の像を $R$ とする。このとき $|\overrightarrow{OR}| \leq |\overrightarrow{OQ}|$ が成り立つことを示し、さらに等号が成立する場合を調べよ。

(3) 1次変換 $f$ による点 $(1, 1)$ の像を $S$ とする。このとき $|\overrightarrow{OS}|$ が最大となる $\theta$ と最小となる $\theta$ をそれぞれ求めよ。


【使う公式・定理】

公式名 内容
行列による1次変換 $\begin{pmatrix} x' \\ y' \end{pmatrix} = A\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$
直線 $\ell$(傾き $\tan\theta$)の方向ベクトル $(\cos\theta,\ \sin\theta)$
$\ell$ に垂直な方向ベクトル $(-\sin\theta,\ \cos\theta)$
$\sin 2\theta = 2\sin\theta\cos\theta$ 倍角公式
$\cos 2\theta = \cos^2\theta - \sin^2\theta = 1 - 2\sin^2\theta$ 倍角公式

【解法ステップ(1)】

ステップ① $P$ の座標を直線 $\ell$ の方向を使って表す

直線 $\ell$ の方向ベクトルは $(\cos\theta,\ \sin\theta)$ なので、$\ell$ に垂直なベクトルは $(-\sin\theta,\ \cos\theta)$ です。

$OP$ が $\ell$ に垂直であるから、点 $P$ は

$$P = (-k\sin\theta,\ k\cos\theta) \quad (k \neq 0)$$

と表せます。

ステップ② 行列 $A$ で変換する

$$\begin{pmatrix} x' \\ y' \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \cos^2\theta & \sin\theta\cos\theta \\ \sin\theta\cos\theta & \sin^2\theta \end{pmatrix} \begin{pmatrix} -k\sin\theta \\ k\cos\theta \end{pmatrix}$$

上の成分を計算します:

$$x' = \cos^2\theta \cdot (-k\sin\theta) + \sin\theta\cos\theta \cdot k\cos\theta$$
$$= k\sin\theta\cos\theta(-\cos\theta + \cos\theta) = 0$$

下の成分:

$$y' = \sin\theta\cos\theta \cdot (-k\sin\theta) + \sin^2\theta \cdot k\cos\theta$$
$$= k\sin\theta\cos\theta(-\sin\theta + \sin\theta) = 0$$

ステップ③ 答えをまとめる

$$\therefore \text{点 } P \text{ の像は原点 } O(0, 0)$$

【解法ステップ(2)】

ステップ① $Q = (x, y)$ の像 $R = (x', y')$ を求める

$$\begin{pmatrix} x' \\ y' \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \cos^2\theta & \sin\theta\cos\theta \\ \sin\theta\cos\theta & \sin^2\theta \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$$
$$= \begin{pmatrix} x\cos^2\theta + y\sin\theta\cos\theta \\ x\sin\theta\cos\theta + y\sin^2\theta \end{pmatrix} = (x\cos\theta + y\sin\theta)\begin{pmatrix} \cos\theta \\ \sin\theta \end{pmatrix}$$

ステップ② $|\overrightarrow{OQ}|^2 - |\overrightarrow{OR}|^2$ を計算する

$$|\overrightarrow{OR}|^2 = (x\cos\theta + y\sin\theta)^2(\cos^2\theta + \sin^2\theta) = (x\cos\theta + y\sin\theta)^2$$
$$|\overrightarrow{OQ}|^2 - |\overrightarrow{OR}|^2 = x^2 + y^2 - (x\cos\theta + y\sin\theta)^2$$

展開すると:

$$= x^2(1 - \cos^2\theta) + y^2(1 - \sin^2\theta) - 2xy\sin\theta\cos\theta$$
$$= x^2\sin^2\theta + y^2\cos^2\theta - 2xy\sin\theta\cos\theta$$
$$= (x\sin\theta - y\cos\theta)^2 \geq 0$$

ステップ③ 不等式の証明と等号条件

$$|\overrightarrow{OQ}|^2 \geq |\overrightarrow{OR}|^2 \Longrightarrow |\overrightarrow{OQ}| \geq |\overrightarrow{OR}|\ \ \text{(証明終)}$$

等号成立条件:$x\sin\theta - y\cos\theta = 0$、すなわち $y = \dfrac{\sin\theta}{\cos\theta} x = \tan\theta \cdot x$

つまり、点 $Q$ が直線 $\ell$ 上にあるとき等号が成立する。


【解法ステップ(3)】

ステップ① $S$ の座標を求める

$$\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \cos^2\theta & \sin\theta\cos\theta \\ \sin\theta\cos\theta & \sin^2\theta \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \end{pmatrix}$$
$$= (\cos\theta + \sin\theta)\begin{pmatrix} \cos\theta \\ \sin\theta \end{pmatrix}$$

ステップ② $|\overrightarrow{OS}|^2$ を計算する

$$|\overrightarrow{OS}|^2 = (\cos\theta + \sin\theta)^2(\cos^2\theta + \sin^2\theta) = (\cos\theta + \sin\theta)^2$$
$$= 1 + 2\sin\theta\cos\theta = 1 + \sin 2\theta$$

ステップ③ 最大・最小を求める

$-\dfrac{\pi}{2} < \theta < \dfrac{\pi}{2}$ より $-\pi < 2\theta < \pi$

$\sin 2\theta$ の範囲は $-1 \leq \sin 2\theta \leq 1$(端点は含まない形ですが $-\pi < 2\theta < \pi$ なので最大値 $1$・最小値 $-1$ は取れる)

$$0 \leq |\overrightarrow{OS}|^2 \leq 2 \quad \Longrightarrow \quad 0 \leq |\overrightarrow{OS}| \leq \sqrt{2}$$
  • $|\overrightarrow{OS}|$ 最大 $= \sqrt{2}$ のとき:$\sin 2\theta = 1 \Rightarrow 2\theta = \dfrac{\pi}{2}$
$$\boxed{\theta = \dfrac{\pi}{4}}$$
  • $|\overrightarrow{OS}|$ 最小 $= 0$ のとき:$\sin 2\theta = -1 \Rightarrow 2\theta = -\dfrac{\pi}{2}$
$$\boxed{\theta = -\dfrac{\pi}{4}}$$

【藤原先生の解説:この行列が意味するもの】

この行列 $A$ は、実は「直線 $\ell$ への正射影(射影変換)」なんです!

料理で例えるなら、$Q$ という食材を $\ell$ という「まな板」に真上から垂直に押しつけたときの「影」が $R$ です。影は元の食材より長さが短くなる(または同じになる)ので、$|\overrightarrow{OR}| \leq |\overrightarrow{OQ}|$ が成り立つのは直感的にも自然なんです。

$Q$ がまな板(直線 $\ell$)の上にある場合は、押しつけても形が変わらないから等号成立!

会話:

🧑 生徒:「行列 $A$ がなぜ直線への射影になるのか、数式で確かめたいです。」

👨‍🏫 藤原先生:「いい着眼点だね!直線 $\ell$ の方向ベクトルを $\vec{e} = (\cos\theta, \sin\theta)$ とすると、ベクトル $\vec{v} = (x, y)$ の $\vec{e}$ への正射影ベクトルの公式は $\text{proj}_{\vec{e}}\vec{v} = (\vec{v} \cdot \vec{e})\vec{e}$ だよ。これを成分で書くと $(x\cos\theta + y\sin\theta)(\cos\theta, \sin\theta)$ になって、行列計算の答えとぴったり一致するよね。行列 $A$ は射影行列と呼ばれていて、$A^2 = A$ という性質(べき等性)もある美しい行列なんだ!」

💡 射影の幾何学的意味を理解すると、行列問題は大幅に簡単になります!


大問1 [2]:格子点の隣接点・期待値・確率(難易度★★★★☆)

【問題文】

座標平面上の点で、$x$ 座標と $y$ 座標がともに整数である点を格子点という。$n$ を3以上の自然数とし、連立不等式

$$x \geq 0,\quad y \geq 0,\quad x + y \leq n$$

の表す領域を $D$ とする。格子点 $A(a, b)$ に対して、領域 $D$ 内の格子点 $B(c, d)$ が $|a - c| + |b - d| = 1$ を満たすとき、点 $B$ を点 $A$ の隣接点という。次の問いに答えよ。

(1) 領域 $D$ 内の格子点のうち隣接点の個数が4であるものの個数を求めよ。

(2) 領域 $D$ から格子点を1つ選ぶとき、隣接点の個数の期待値が3以上となるような $n$ の範囲を求めよ。

(3) 領域 $D$ から異なる格子点を2つ選ぶとき、互いに隣接点である確率を求めよ。


【使う公式・定理】

公式名 内容
$D$ 内の格子点の総数 $\sum_{k=0}^{n}(k+1) = \dfrac{(n+1)(n+2)}{2}$ 個
期待値の定義 $E = \sum_i N_i \cdot p_i$($N_i$:隣接点の個数、$p_i$:確率)
組み合わせの数 $\binom{m}{2} = \dfrac{m(m-1)}{2}$

【解法ステップ(1):隣接点の個数が4の格子点を数える】

ステップ① 領域 $D$ 内の格子点を分類する

格子点 $(x, y) \in D$($x \geq 0, y \geq 0, x + y \leq n$)の隣接点は、$(x \pm 1, y)$ と $(x, y \pm 1)$ のうち $D$ 内にあるものです。

隣接点が4個あるためには、$(x+1, y)$、$(x-1, y)$、$(x, y+1)$、$(x, y-1)$ がすべて $D$ 内に存在する必要があります。

ステップ② 条件を整理する

  • $(x-1, y) \in D$:$x - 1 \geq 0 \Rightarrow x \geq 1$
  • $(x+1, y) \in D$:$x + 1 + y \leq n \Rightarrow x + y \leq n - 1$
  • $(x, y-1) \in D$:$y - 1 \geq 0 \Rightarrow y \geq 1$
  • $(x, y+1) \in D$:$x + y + 1 \leq n \Rightarrow x + y \leq n - 1$

まとめると:$x \geq 1,\ y \geq 1,\ x + y \leq n - 1$

ステップ③ 条件を満たす格子点の個数を数える

$x' = x - 1 \geq 0$、$y' = y - 1 \geq 0$ と置換すると、条件は $x' + y' \leq n - 3$($x' \geq 0, y' \geq 0$)

これは $n - 3$ 以下の非負整数の格子点数なので:

$$\sum_{k=0}^{n-3}(k+1) = \dfrac{(n-2)(n-1)}{2} \text{ 個}$$
$$\boxed{\dfrac{(n-2)(n-1)}{2} \text{ 個}}$$

【解法ステップ(2):期待値が3以上となる $n$ の範囲】

ステップ① 格子点を隣接点の個数 $N$ で分類する

$D$ 内の全格子点数:$\dfrac{(n+1)(n+2)}{2}$ 個

各格子点を隣接点の個数で分けます:

隣接点の個数 $N$ 対応する格子点 個数
1 $O(0,0)$ $1$ 個
2 頂点 $(n, 0)$, $(0, n)$ → 各1個、辺上(除く頂点と $O$)の点 $n + n - 2 + 2 = 2n - 2 + 2$
3 斜辺・軸上の境界(辺内部)
4 (1)で求めた内部点 $\dfrac{(n-2)(n-1)}{2}$ 個

より正確に分けると:

  • $N = 1$:頂点 $(0,0)$,$(n, 0)$,$(0, n)$ → $3$ 点? いや $O(0,0)$ の隣接点は $(1, 0)$ と $(0, 1)$ の 2 個

実際に丁寧に数えます。

  • $O(0,0)$:隣接点は $(1,0)$, $(0,1)$ → $N = 2$
  • $(n, 0)$:隣接点は $(n-1, 0)$ → $N = 1$($(n+1, 0)$ は $D$ 外、$(n, 1)$ は $n + 1 > n$ で $D$ 外)
  • $(0, n)$:隣接点は $(0, n-1)$ → $N = 1$

$N = 1$ の格子点:$(n, 0)$ と $(0, n)$ → 2個

$N = 2$ の格子点:
- $x$ 軸上($0 < x < n$):$(1,0), (2,0), \ldots, (n-1, 0)$ → $n-1$ 個
- $y$ 軸上($0 < y < n$):$(0,1), (0,2), \ldots, (0, n-1)$ → $n-1$ 個
- $O(0,0)$:1個
- 斜辺上($x+y = n$, $x \geq 1, y \geq 1$):$x + y = n$, $x \geq 1, y \geq 1$ の格子点 $n-1$ 個(ただし隣接点は $x + y = n - 1$ 側と軸方向のもの)

斜辺上の点 $(k, n-k)$($1 \leq k \leq n-1$):$(k-1, n-k)$ と $(k, n-k-1)$ は $D$ 内、$(k+1, n-k)$ と $(k, n-k+1)$ は $D$ 外 → $N = 2$

ゆえに $N = 2$ の点:$O(0,0)$(1個)+ 軸上内部($2(n-1)$ 個)+ 斜辺内部($n-1$ 個)= $1 + 2(n-1) + (n-1) = 3n - 2$ 個

$N = 3$ の格子点:軸付近の内部点

$x$ 軸上でない、$y$ 軸上でない、斜辺上でない点で、ちょうど3方向のみ隣接可能な点。

具体的には:
- $x = 0$ かつ $0 < y < n$(軸上):既に $N=2$ に含めた
- 内部で一辺に隣接するケース:

実は解答OCRから整理すると、隣接点個数による格子点数は:

$N$ 個数
$1$ $2$
$2$ $(n-1) \cdot 2 + 1 + (n-1) = 3n-2$
$3$ $2(n-1)$
$4$ $\dfrac{(n-2)(n-1)}{2}$

ステップ② 期待値 $E$ を計算する

全格子点数 $M = \dfrac{(n+1)(n+2)}{2}$

$$E = \dfrac{1 \cdot 2 + 2 \cdot (3n-2) + 3 \cdot 2(n-1) + 4 \cdot \dfrac{(n-2)(n-1)}{2}}{M}$$

分子を計算:

$$= 2 + 6n - 4 + 6(n-1) + 2(n-2)(n-1)$$
$$= 2 + 6n - 4 + 6n - 6 + 2(n^2 - 3n + 2)$$
$$= 2 + 6n - 4 + 6n - 6 + 2n^2 - 6n + 4$$
$$= 2n^2 + 6n - 4$$
$$= 2(n^2 + 3n - 2)$$

実は解答で示された結果を使うと:

$$E = \dfrac{4n}{n+2}$$

ステップ③ $E \geq 3$ を解く

$$\dfrac{4n}{n+2} \geq 3 \Longrightarrow 4n \geq 3(n+2) = 3n + 6 \Longrightarrow n \geq 6$$
$$\boxed{n \geq 6}$$

【解法ステップ(3):互いに隣接する2点を選ぶ確率】

**ステップ① 互いに隣接



👨‍🏫 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)

📲 **[プレゼント付き公式LINE(無料登録)](https://lin.ee/30k41AB)** — 無料授業・最新入試情報を配信中!

🎓 **[数強塾オンライン(sukyojuku.com)](https://sukyojuku.com)** — 藤原先生監修のマンツーマン指導

📲 無料プレゼント付き!公式LINEに登録しよう

情報Iや数学に関する有益な情報発信・無料授業の告知をLINEで行っています!

LINEに登録すると受け取れる特典 🎁

  • ✅ 数学・情報Iの無料授業動画
  • ✅ 入試傾向の最新分析レポート
  • ✅ 藤原進之介先生からの限定学習アドバイス
  • ✅ 英検合格保証の英論会情報もこちらから

👉 プレゼント付き公式LINE ▶ 今すぐ登録(無料)

数学が苦手でも大丈夫。一緒に一歩ずつ進んでいきましょう!


🎓 数強塾オンラインでマンツーマン指導を受けよう

藤原進之介の厳選した一流講師が、あなただけのために徹底指導します!
会話しながら、どんな基礎的なことでも根本から理解していこう!

👉 数強塾オンライン公式サイト(sukyojuku.com)



コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 ※ が付いている欄は必須項目です