千葉大学/2026年度

4千葉大学 2026年 数学 第4問解答・解説

数学と人間の活動(整数)三角関数ベクトル

難易度必答 レベル 4/10 目安 20分編集部の評価

対象教育・理・工・薬など医学科は解かない

1問題

千葉大学2026年度第4問
以下の問いに答えよ。

(1) nn を正の整数とする。24n24^{n} の正の約数のうち、24 の倍数でないものの個数を求めよ。

(2) 関数 f(x)=2sin⁡x+cos⁡xf(x)=2\sin x+\cos x の 0≦x≦π20\leqq x\leqq\dfrac{\pi}{2} における最小値と最大値を求めよ。

(3) 空間内の 2 つの平面 x−y=0x-y=0、z−1=0z-1=0 の交線を l1l_{1} とし、2 つの平面 x−2y=0x-2y=0、x−2z+2=0x-2z+2=0 の交線を l2l_{2} とする。2 つの直線 l1l_{1} と l2l_{2} の交点、およびそれらのなす角 θ\theta を求めよ。ただし、0≦θ≦π20\leqq\theta\leqq\dfrac{\pi}{2} とする。

出典:千葉大学 2026年度 数学 第4問

まずは自分で解いてみましょう。解けたら「答え」、詰まったら「解答」で確かめられます。

タイマー

15:00

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • (1)
    6n+16n+1 個
  • (2)
    最小値 11(x=0x=0)、最大値 5\sqrt{5}
  • (3)
    交点 (0, 0, 1)(0,\,0,\,1)、θ=π6\theta=\dfrac{\pi}{6}

3解答

解答を見る途中式つきの解答

考え方

(1) は 24n=23n⋅3n24^{n}=2^{3n}\cdot3^{n} の約数の個数から、24 の倍数(23⋅32^{3}\cdot3 で割り切れるもの)の個数を引く。(2) は三角関数の合成。(3) は各交線を媒介変数で表し、方向ベクトルのなす角を内積で求める。

解答

(1)

24n=23n⋅3n24^{n}=2^{3n}\cdot3^{n} の正の約数は 2i3j (0≦i≦3n, 0≦j≦n)2^{i}3^{j}\ (0\leqq i\leqq3n,\ 0\leqq j\leqq n) で (3n+1)(n+1)(3n+1)(n+1) 個。このうち 24 の倍数は i≧3, j≧1i\geqq3,\ j\geqq1 のもので (3n−2)n(3n-2)n 個。よって
(3n+1)(n+1)−(3n−2)n=6n+1 個. (3n+1)(n+1)-(3n-2)n=6n+1\ \text{個}.

(2)

f(x)=5sin⁡(x+α)f(x)=\sqrt{5}\sin(x+\alpha)(cos⁡α=25, sin⁡α=15, 0<α<π4\cos\alpha=\dfrac{2}{\sqrt{5}},\ \sin\alpha=\dfrac{1}{\sqrt{5}},\ 0<\alpha<\dfrac{\pi}{4})。α≦x+α≦π2+α\alpha\leqq x+\alpha\leqq\dfrac{\pi}{2}+\alpha だから、x+α=π2x+\alpha=\dfrac{\pi}{2} で最大値 5\sqrt{5}。最小値は端点の値 f(0)=1, f(π2)=2f(0)=1,\ f\left(\dfrac{\pi}{2}\right)=2 の小さいほうで 11(x=0x=0)。

(3)

l1l_{1} 上の点は (t, t, 1)(t,\,t,\,1)、方向ベクトル (1, 1, 0)(1,\,1,\,0)。l2l_{2} 上の点は y=sy=s とおくと (2s, s, s+1)(2s,\,s,\,s+1)、方向ベクトル (2, 1, 1)(2,\,1,\,1)。交点は t=2s, t=s, 1=s+1t=2s,\ t=s,\ 1=s+1 より s=t=0s=t=0 で、(0, 0, 1)(0,\,0,\,1)。
cos⁡θ=∣1⋅2+1⋅1+0⋅1∣26=323=32 \cos\theta=\dfrac{|1\cdot2+1\cdot1+0\cdot1|}{\sqrt{2}\sqrt{6}}=\dfrac{3}{2\sqrt{3}}=\dfrac{\sqrt{3}}{2}
より θ=π6\theta=\dfrac{\pi}{6}。

読み終えたら解答を閉じて、もう一度自分の手で解いてみましょう。

この問題で使う考え方

  • 約数の個数
  • 三角関数の合成
  • 空間の直線の方程式
  • 内積となす角

答えと解答は編集部が AI で作成したもので、大学が公表したものではありません。誤りに気づいたらお問い合わせから教えてください。

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