聖マリアンナ医科大学/2025年度/後期

2聖マリアンナ医科大学 2025年 数学 第2問解答・解説

微分法積分法平面上の曲線と複素数平面

難易度勝負 レベル 5/10 目安 20分編集部の評価

対象医学部医学科

1問題

聖マリアンナ医科大学2025年度第2問
座標平面において、x=43sin⁡θ(1−cos⁡θ)x=4\sqrt{3}\sin\theta(1-\cos\theta)、y=43(2+cos⁡θ−cos⁡2θ) (0≦θ≦2π)y=4\sqrt{3}(2+\cos\theta-\cos^{2}\theta)\ (0\leqq\theta\leqq2\pi) と媒介変数表示される曲線を CC とする。以下の (1)〜(3) の ウ\boxed{\text{ウ}}〜サ\boxed{\text{サ}} にあてはまる適切な数を解答用紙の所定の欄に記入せよ。

(1) xx の値域を求めると ウ≦x≦エ\boxed{\text{ウ}}\leqq x\leqq\boxed{\text{エ}} となる。また、
dxdθ=−オcos⁡2θ+カcos⁡θ \dfrac{dx}{d\theta}=-\boxed{\text{オ}}\cos2\theta+\boxed{\text{カ}}\cos\theta
となる。

(2) yy の値域を求めると キ≦y≦ク\boxed{\text{キ}}\leqq y\leqq\boxed{\text{ク}} となる。また、
dydθ=ケsin⁡2θ−コsin⁡θ \dfrac{dy}{d\theta}=\boxed{\text{ケ}}\sin2\theta-\boxed{\text{コ}}\sin\theta
となる。

(3) 曲線 CC の長さを求めると サ\boxed{\text{サ}} である。

出典:聖マリアンナ医科大学 2025年度 後期 数学 第2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)
    −9≦x≦9-9\leqq x\leqq9、dxdθ=−43cos⁡2θ+43cos⁡θ\dfrac{dx}{d\theta}=-4\sqrt{3}\cos2\theta+4\sqrt{3}\cos\theta
  • (2)
    0≦y≦930\leqq y\leqq9\sqrt{3}、dydθ=43sin⁡2θ−43sin⁡θ\dfrac{dy}{d\theta}=4\sqrt{3}\sin2\theta-4\sqrt{3}\sin\theta
  • (3)
    32332\sqrt{3}

3解答

解答を見る途中式つきの解答

考え方

(dxdθ)2+(dydθ)2\left(\dfrac{dx}{d\theta}\right)^{2}+\left(\dfrac{dy}{d\theta}\right)^{2} は加法定理で 96(1−cos⁡θ)=192sin⁡2θ296(1-\cos\theta)=192\sin^{2}\dfrac{\theta}{2} にまとまる。

解答

(1) dxdθ=43{cos⁡θ(1−cos⁡θ)+sin⁡2θ}=43(cos⁡θ−cos⁡2θ)\dfrac{dx}{d\theta}=4\sqrt{3}\{\cos\theta(1-\cos\theta)+\sin^{2}\theta\}=4\sqrt{3}(\cos\theta-\cos2\theta)。0になるのは cos⁡θ=cos⁡2θ\cos\theta=\cos2\theta、すなわち cos⁡θ=1, −12\cos\theta=1,\,-\dfrac{1}{2}。x(2π3)=43⋅32⋅32=9x\left(\dfrac{2\pi}{3}\right)=4\sqrt{3}\cdot\dfrac{\sqrt{3}}{2}\cdot\dfrac{3}{2}=9、x(4π3)=−9x\left(\dfrac{4\pi}{3}\right)=-9、x(0)=x(2π)=0x(0)=x(2\pi)=0。よって −9≦x≦9-9\leqq x\leqq9。

(2) c=cos⁡θc=\cos\theta とすると 2+c−c22+c-c^{2} は c=12c=\dfrac{1}{2} で最大 94\dfrac{9}{4}、c=−1c=-1 で最小0。よって 0≦y≦930\leqq y\leqq9\sqrt{3}。dydθ=43(−sin⁡θ+2sin⁡θcos⁡θ)=43(sin⁡2θ−sin⁡θ)\dfrac{dy}{d\theta}=4\sqrt{3}(-\sin\theta+2\sin\theta\cos\theta)=4\sqrt{3}(\sin2\theta-\sin\theta)。

(3)
(dxdθ)2+(dydθ)2=48{2−2(cos⁡θcos⁡2θ+sin⁡θsin⁡2θ)}=96(1−cos⁡θ)=192sin⁡2θ2. \left(\dfrac{dx}{d\theta}\right)^{2}+\left(\dfrac{dy}{d\theta}\right)^{2}=48\{2-2(\cos\theta\cos2\theta+\sin\theta\sin2\theta)\}=96(1-\cos\theta)=192\sin^{2}\dfrac{\theta}{2}.
0≦θ≦2π0\leqq\theta\leqq2\pi で sin⁡θ2≧0\sin\dfrac{\theta}{2}\geqq0 なので、長さは
∫02π83sin⁡θ2 dθ=83[−2cos⁡θ2]02π=323. \displaystyle\int_{0}^{2\pi}8\sqrt{3}\sin\dfrac{\theta}{2}\,d\theta=8\sqrt{3}\left[-2\cos\dfrac{\theta}{2}\right]_{0}^{2\pi}=32\sqrt{3}.

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

  • 媒介変数表示の微分
  • 曲線の長さ

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。

この問題、本番の試験なら?

まだない教材・つくるか検討中

聖マリアンナ医科大学 数学 解き方の作戦パック

  • 過去 10 年分の全大問に、レベル・目安時間・「必答/勝負/捨て可」
  • 年度ごとの「この順番で解く」と時間配分
  • 各問の発想の由来と、ほかの大学の似た問題

押すだけ・無料・登録なし

見本:東京大学 2026 年度の作戦を見る →

次にやること

同じ年度の次の問題第3問へ進む平面上の曲線と複素数平面・図形と方程式

聖マリアンナ医科大学のほかの年度

似た問題を、ほかの大学で