新潟大学/2025年度/前期
6新潟大学 2025年 数学 第6問解答・解説
1問題
新潟大学2025年度第6問
座標平面上の曲線
y=xsin2xを
Cとする。自然数
nに対して、曲線
C上に点
Pn(nπ,0),点
Qn(22n−1π,22n−1π)をとる。次の問いに答えよ。
(1) 曲線
C上の点
Pnにおける接線の方程式を求めよ。また、曲線
C上の点
Qnにおける接線の方程式を求めよ。
(2) 曲線
Cと線分
PnPn+1で囲まれる部分の面積
Snを
nを用いて表せ。
(3) 曲線
Cと線分
QnQn+1で囲まれる部分の面積
Tnを
nを用いて表せ。
(4)
Snと
Tnは、(2)と(3)で求めたものとする。極限値
k→∞lim∑n=1kTn∑n=1kSnを求めよ。
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。
2答え
答えを見る自分の答えと照らし合わせる
(1)Pn での接線は
y=0、
Qn での接線は
y=x。
(2)Sn=4(2n+1)π2。
(3)Tn=2nπ2。
3解答
解答を見る途中式つきの解答
解答
(1)
f(x)=xsin2x の導関数は
f′(x)=sin2x+xsin2x。
Pn では
f=0、
f′=0 なので
y=0。
Qn の
x 座標
a=2(2n−1)π では
sin2a=1、
sin2a=0 なので、
f(a)=a、
f′(a)=1。
接線は
y−a=x−a、すなわち
y=x。
(2)
PnPn+1 は
x 軸上にあり、この区間で
xsin2x≧0。
sin2x=21−cos2x を用いると、原始関数は
4x2−4xsin2x−8cos2x。
nπ から
(n+1)π で評価すると三角項の差が
0 になるので、
Sn=4{(n+1)2−n2}π2=4(2n+1)π2。
(3)
QnQn+1 は
y=x 上にあり、区間内で
x−xsin2x=xcos2x≧0。
原始関数は
4x2+4xsin2x+8cos2x。
端点
a=(n−21)π、
b=(n+21)π では三角項が同じなので、
Tn=4b2−a2=2nπ2。
(4)
∑n=1kSn=4π2k(k+2)、
∑n=1kTn=4π2k(k+1)。
比は
k+1k+2 で、
k→∞ の極限は
1。
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。
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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