大学入試センター試験 2013年(平成25年) 本試 数学ⅡB 第4問 解説

(1)

図A
大学入試センター試験2013年本試 数学ⅡB第4問 解説図A

DB=OBODとしてもいいけど、図も簡単だし、DからBまで移動する方式にしよう。
DB=DA+AB
DB=25a+c

解答ア:2, イ:5

ac=|a||c|cosθより、
ac=20cosθ

解答ウ:2, エ:0

問題文より、BD⊥AEなので、
AEDB=0

解答オ:0

よって、
AEDB=(tca)(25a+c)=0
なので、
25|a|2+(25t1)ac+t|c|2=0

これに
|a|=5|c|=4ac=20cosθを代入して、
2552+(25t1)20cosθ+t42=0
10+8cosθ×t20cosθ+16t=0
両辺を2で割って、
5+4cosθ×t10cosθ+8t=0
tがない項を右辺に移項して、
(4cosθ+8)t=10cosθ+5
4(cosθ+2)t=5(2cosθ+1)
t=5(2cosθ+1)4(cosθ+2)
となる。

解答カ:5, キ:2, ク:4, ケ:2

(2)

②より、
{05(2r+1)5(2r+1)4(r+2)式A

式Aの上の式から、
02r+1
12r式B

式Aの下の式から、
10r+54r+8
6r3
r12式C

式B・Cの重なる部分は、
12r12
r=cosθなので、
12cosθ12式D

問題文より、θの定義域は0<θ<π
この範囲で式Dを満たすのは、
π3θ23π
である。

解答コ:3, サ:2, シ:3

(3)

図B
大学入試センター試験2013年本試 数学ⅡB第4問 解説図B

①にcosθ=18を代入して、
t=5(14+1)4(18+2)
t=154152
t=12

解答ス:1, セ:2

ここから、解法は2つ考えられる。 解法1
ベクトルで解く。正統派の解法。
解法2
相似を利用して解く。ちょっと算数的かも。
解法1の方がおすすめだけど、気づけば解法2の方が計算が楽。

解法1

お決まりの、2直線の交点への位置ベクトルの問題だ。
お決まりの解き方で解く。

AF:EFu:1uとおくと、条件E
OF=(1u)OA+uOE
ここで、OA=aOE=12cなので、
OF=(1u)a+u2c式F

DF=vDBとおくと、
OF=OD+vDB
ここで、OD=35aDB=25a+cなので、
OF=35a+v(25a+c)
OF=(35+25v)a+vc式G

式F=式Gより、
{1u=35+25vu2=v式H
の連立方程式を解く。ただし、テでAF:EFが必要になるから、uの方を求める。

式Hの下の式を上の式に代入して、
1u=35+25u2
両辺5倍して、
55u=3+u
6u=2
u=13

これを式Fに代入して、
OF=23a+16c

解答ソ:2, タ:3, チ:1, ツ:6

条件Eにu=13を代入して、
AF:EF=13:113
AF:EF=1:2
より、点Fは線分AEを1:2に内分する。

解答テ:2

平行四辺形OABCの面積は、△OACの2倍。
OAC=12OAOCsinθ式I
なので、sinθを求めよう。
sin2θ+cos2θ=1より、
sin2θ+(18)2=1
sin2θ=1(18)2
sin2θ=(1+18)(118)
sin2θ=9878
0<sinθなので、
sinθ=378

これを式Iに代入して、
OAC=1254378
OAC=1574
これを2倍すると平行四辺形OABCの面積なので、
平行四辺形OABC=1572

解答ト:1, ナ:5, ニ:7, ヌ:2

BEAの面積は、平行四辺形OABCの面積の半分。
BEAと△BEFを比較すると、AEを底辺と考えた場合、AF:EF=1:2より底辺が23で、高さは等しい。
よって、△BEF=23BEA
以上より、
BEF=2312平行四辺形OABC
なので、
BEF=131572
BEF=572
となる。

解答ネ:5, ノ:7, ハ:2

解法2

ソタチツテは、図形を使って解くこともできる。
直線AEと直線BCの交点をGとする。

図C
大学入試センター試験2013年本試 数学ⅡB第4問 解説図C

図Cで、△FBG∽△FDAで、相似比は10:2=5:1。
よって、
AF:GF=1:5
また、EはAGの中点なので、
AF:FE:EG=1:2:3式J
となるから、点Fは線分AEを1:2に内分する。

解答テ:2

説明の都合上、テを先に求めた。
次はソタチツだ。

AF:GF=1:5より、
AF=16AG
AG=2a+cなので、
OF=a+16(2a+c)
OF=a13a+16c
OF=23a+16c

解答ソ:2, タ:3, チ:1, ツ:6

ここまで別解で解いたので、残りも解法1とは違う方法で解いてみよう。
点CからOAの延長に垂線を下ろし、その足をHとする。

図D
大学入試センター試験2013年本試 数学ⅡB第4問 解説図D

cosθ=18なので、
OHOC=18
OC=4だから、OH=12

△OCHは直角三角形なので、三平方の定理より、
CH2+(12)2=42
CH2=42(12)2
CH2=(4+12)(412)
CH2=9272
0<CHなので、
CH=372
これが平行四辺形の高さ。

平行四辺形の面積=底辺×高さ なので、
平行四辺形OABC=5×372
平行四辺形OABC=1372
となる。

解答ト:1, ナ:5, ニ:7, ヌ:2

図Dで、AOEGCEだから、青い斜線の三角形の面積と平行四辺形OABCの面積は等しい。

式Jより、
AF:FE:EG=1:2:3
なので、
AG:FE=6:2
AG:FE=3:1
だから、△BEF(赤い斜線の三角形)は、青い斜線の三角形と高さが同じ、底辺が13
よって、
BEF=13平行四辺形OABC
なので、
BEF=131572
BEF=572
となる。

解答ネ:5, ノ:7, ハ:2