日本大学/2025年度/N方式第1期

IV日本大学 2025年 数学 第IV問解答・解説

指数関数・対数関数二次関数数列場合の数と確率

1問題

日本大学2025年度第IV問
tt を正の定数とする。OO を原点とする座標平面上に2つの曲線 C1:y=2x+1, C2:y=4xC_{1}:y=2^{x+1},\ C_{2}:y=4^{x} および直線 ℓ:x=t\ell:x=t があり、ℓ\ell と C1,C2C_{1},C_{2} の交点をそれぞれ A,BA,B とするとき、AB=9999AB=9999 である。

(1) 2t=2829302^{t}=\boxed{28}\boxed{29}\boxed{30} である。

(2) C1,C2C_{1},C_{2} および ℓ\ell で囲まれた図形を DD とする。ただし、DD は境界線を含むものとする。ここで、231<282930<231+12^{\boxed{31}}<\boxed{28}\boxed{29}\boxed{30}<2^{\boxed{31}+1} だから、DD に含まれる格子点の座標を (p,q)(p,q) とするとき、pp のとりうる値の範囲は 32≦p≦31\boxed{32}\leqq p\leqq\boxed{31} である。ただし、格子点とは xx 座標と yy 座標がともに整数である点のことである。

(3) (2)で定めた図形 DD に含まれる格子点は 33343536\boxed{33}\boxed{34}\boxed{35}\boxed{36} 個である。

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)
    101101
  • (2)
    1≦p≦61\leqq p\leqq 6
  • (3)
    52145214

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

第4問

u=2tu=2^tとおくとt>0t>0よりu>1u>1であり、C1,C2C_1,C_2のx=tx=tにおける縦の距離は
AB=∣u2−2u∣=9999. AB=|u^2-2u|=9999.

(1) 1<u<21<u<2なら∣u2−2u∣=1−(u−1)2<1|u^2-2u|=1-(u-1)^2<1だから不適。u≧2u\geqq2ではu2−2uu^2-2uは増加し、方程式は
u2−2u=9999であるための必要十分条件は(u−1)2=10000. u^2-2u=9999\quad\text{であるための必要十分条件は}\quad(u-1)^2=10000.
u≧2u\geqq2に合う解はu=101u=101だけである。従って2t=1012^t=101。

(2) 2曲線の交点は2x+1=22x2^{x+1}=2^{2x}よりx=1x=1である。x>1x>1ではC2C_2がC1C_1より上にあり、t=log⁡2101t=\log_2 101は26=64<101<128=272^6=64<101<128=2^7から6<t<76<t<7。したがって図形DDに含まれる格子点の整数xx座標は
1≦p≦6. 1\leqq p\leqq6.

(3) 各整数p=1,2,…,6p=1,2,\dots,6について、境界を含めて整数qqは
2p+1≦q≦22p 2^{p+1}\leqq q\leqq 2^{2p}
を満たす。その個数は22p−2p+1+12^{2p}-2^{p+1}+1であり、p=1p=1の交点もこの式で1個と数えられる。よって総数は
∑p=16(22p−2p+1+1)=(4+16+64+256+1024+4096)−(4+8+16+32+64+128)+6=5460−252+6=5214. \begin{aligned} \sum_{p=1}^{6}(2^{2p}-2^{p+1}+1) &=(4+16+64+256+1024+4096)\\ &\quad -(4+8+16+32+64+128)+6\\ &=5460-252+6=5214. \end{aligned}
(1) 101,(2) 1≦p≦6,(3) 5214 \boxed{(1)\ 101,\qquad (2)\ 1\leqq p\leqq6,\qquad (3)\ 5214}

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

  • 指数関数のグラフ・増減
  • 二次方程式とグラフ
  • 総和記号と数列の和
  • 和の法則

答えと解答は AI で作成したものです。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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