大学入試センター試験 2011年(平成23年) 本試 数学ⅠA 第1問 [1] 解説
ア~ケ
最初は普通に計算しよう。
$\dfrac{1}{a}=\dfrac{1}{3+2\sqrt{2}}$
の分母を有理化して、
$$
\begin{align}
\frac{1}{a}&=\frac{3-2\sqrt{2}}{(3+2\sqrt{2})(3-2\sqrt{2})}\\
&=\frac{3-2\sqrt{2}}{9-8}\\
&=3-2\sqrt{2}
\end{align}
$$
となる。
解答ア:3, イ:2, ウ:2
$b$でも同様に、
$$
\begin{align}
\frac{1}{b}&=\frac{1}{2+\sqrt{3}}\\
&=\frac{2-\sqrt{3}}{(2+\sqrt{3})(2-\sqrt{3})}\\
&=\frac{2-\sqrt{3}}{4-3}\\
&=2-\sqrt{3}
\end{align}
$$
である。
解答エ:2, オ:3
ア~オより、
$$
\begin{align}
\frac{a}{b}-\frac{b}{a}&=a\cdot\frac{1}{b}-b\cdot\frac{1}{a}\\
&=(3+2\sqrt{2})(2-\sqrt{3})-(2+\sqrt{3})(3-2\sqrt{2})\\
&=(6+4\sqrt{2}-3\sqrt{3}-2\sqrt{6})\\
&\hspace{40px}\textcolor{red}{-}(6-4\sqrt{2}+3\sqrt{3}-2\sqrt{6}) \class{tex_formula}{式A}\\
&=8\sqrt{2}-6\sqrt{3}\\
\end{align}
$$
となる。
解答カ:8, キ:2, ク:6, ケ:3
コ~タ
$|2abx-a^{2}| \lt b^{2}$
より、
$-b^{2} \lt 2abx-a^{2} \lt b^{2}$
各辺に$a^{2}$をたして、
$a^{2}-b^{2} \lt 2abx \lt a^{2}+b^{2}$
$0 \lt a$,$0 \lt b$なので、各辺を$2ab$で割っても不等号の向きは変わらないので、
$$
\begin{align}
\frac{a^{2}-b^{2}}{2ab} &\lt x \lt \frac{a^{2}+b^{2}}{2ab}\\
\frac{1}{2}\left(\frac{a^{2}}{ab}-\frac{b^{2}}{ab}\right) &\lt x \lt \frac{1}{2}\left(\frac{a^{2}}{ab}+\frac{b^{2}}{ab}\right)\\
\frac{1}{2}\left(\frac{a}{b}-\frac{b}{a}\right) &\lt x \lt \frac{1}{2}\left(\frac{a}{b}+\frac{b}{a}\right)\class{tex_formula}{式B}
\end{align}
$$
式Bの左辺の()内は、カ~ケより
$\dfrac{a}{b}-\dfrac{b}{a}=8\sqrt{2}-6\sqrt{3}$
式Bの右辺の()内は、式Aの赤い$-$が$+$になったものなので、
$$
\begin{align}
\frac{a}{b}+\frac{b}{a}&=(6+4\sqrt{2}-3\sqrt{3}-2\sqrt{6})\\
&\hspace{40px}\textcolor{red}{+}(6-4\sqrt{2}+3\sqrt{3}-2\sqrt{6})\\
&=12-4\sqrt{6}
\end{align}
$$
よって、式Bは、
$$
\begin{align}
\frac{1}{2}(8\sqrt{2}-6\sqrt{3}) &\lt x \lt \frac{1}{2}(12-4\sqrt{6})\\
4\sqrt{2}-3\sqrt{3} &\lt x \lt 6-2\sqrt{6}
\end{align}
$$
となる。
解答コ:4, サ:2, シ:3, ス:3, セ:6, ソ:2, タ:6