埼玉医科大学/2022年度/前期

2埼玉医科大学 2022年 数学 第2問解答・解説

積分法微分法指数関数・対数関数

難易度勝負 レベル 4/10 目安 15分編集部の評価

対象医学部医学科

1問題

埼玉医科大学2022年度第2問
次の文章を読み、下の問い(問1〜3)の各枠に当てはまる符号または数字をマークせよ。

x>0x>0 を定義域とする曲線 y=f(x)y=f(x) 上の、点 (x, y)(x,\,y) における接線の傾きが log⁡xx\dfrac{\log x}{x} であり、f(1)=12f(1)=\dfrac{1}{2} が成り立つ。

問1 y=f(x)y=f(x) と y=1y=1 との2つの交点の xx 座標をそれぞれ α, β\alpha,\,\beta とすると、α=e89\alpha=e^{\boxed{8}\boxed{9}}、β=e10\beta=e^{\boxed{10}} である。ただし α<β\alpha<\beta とする。

問2 ∫αβf(x) dx=11e+1213e\displaystyle\int_{\alpha}^{\beta}f(x)\,dx=\boxed{11}e+\dfrac{\boxed{12}\boxed{13}}{e} である。

問3 y=f(x)y=f(x) の接線のうち、yy 軸との交点が (0, 2)(0,\,2) であるものの方程式は
y=1415ex+16 y=\boxed{14}\boxed{15}ex+\boxed{16}
と
y=17e3x+18 y=\dfrac{\boxed{17}}{e^{3}}x+\boxed{18}
である。

出典:埼玉医科大学 2022年度 前期 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
  • 問1
    α=e−1\alpha=e^{-1}、β=e1\beta=e^{1}(枠8〜10:−, 1, 1-,\,1,\,1)
  • 問2
    e−3ee-\dfrac{3}{e}(枠11〜13:1, −, 31,\,-,\,3)
  • 問3
    y=−ex+2y=-ex+2 と y=3e3x+2y=\dfrac{3}{e^{3}}x+2(枠14〜18:−, 1, 2, 3, 2-,\,1,\,2,\,3,\,2)

3解答

解答を見る途中式つきの解答

考え方

f′(x)=log⁡xxf'(x)=\dfrac{\log x}{x} を積分して f(x)=(log⁡x)2+12f(x)=\dfrac{(\log x)^{2}+1}{2}。問2 は ∫(log⁡x)2dx\displaystyle\int(\log x)^{2}dx を部分積分で。問3 は接点を tt とし、yy 切片の条件から log⁡t\log t を求める。

解答

f(x)=∫log⁡xx dx=(log⁡x)22+Cf(x)=\displaystyle\int\dfrac{\log x}{x}\,dx=\dfrac{(\log x)^{2}}{2}+C、f(1)=12f(1)=\dfrac{1}{2} より f(x)=(log⁡x)2+12f(x)=\dfrac{(\log x)^{2}+1}{2}。

問1 f(x)=1  ⟺  (log⁡x)2=1  ⟺  x=e−1, ef(x)=1\iff(\log x)^{2}=1\iff x=e^{-1},\,e。α=e−1\alpha=e^{-1}、β=e\beta=e。

問2 ∫(log⁡x)2dx=x(log⁡x)2−2xlog⁡x+2x\displaystyle\int(\log x)^{2}dx=x(\log x)^{2}-2x\log x+2x より
∫e−1e(log⁡x)2dx=e−5e,∫e−1edx=e−1e. \displaystyle\int_{e^{-1}}^{e}(\log x)^{2}dx=e-\dfrac{5}{e},\qquad \int_{e^{-1}}^{e}dx=e-\dfrac{1}{e}.
よって ∫αβf(x) dx=12(2e−6e)=e−3e\displaystyle\int_{\alpha}^{\beta}f(x)\,dx=\dfrac{1}{2}\left(2e-\dfrac{6}{e}\right)=e-\dfrac{3}{e}。

問3 接点を (t, f(t))(t,\,f(t)) とすると、接線の yy 切片は f(t)−tf′(t)=(log⁡t)2+12−log⁡tf(t)-tf'(t)=\dfrac{(\log t)^{2}+1}{2}-\log t。これが2なので (log⁡t−1)2=4(\log t-1)^{2}=4、log⁡t=3, −1\log t=3,\,-1。
t=e3t=e^{3}:傾き 3e3\dfrac{3}{e^{3}}、y=3e3x+2y=\dfrac{3}{e^{3}}x+2。
t=e−1t=e^{-1}:傾き −1e−1=−e\dfrac{-1}{e^{-1}}=-e、y=−ex+2y=-ex+2。

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

  • 微分方程式(接線の傾き)
  • 部分積分
  • 接線の y 切片

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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