大学入学共通テスト 2017年(平成29年) 試行調査 数学ⅠA 第1問 [1] 解説

はじめに

問題中のグラフ表示ソフトを再現してみた。
スライダーやテンキーで abc の値を変えてみて、イメージをつかんでみよう。

下のグラフ表示ソフトは、InternetExplorerでは動作しません。
← / △
○ a= ┼
a=
1
2
b=
1
c=
1
x y a^2
< > π
7 8 9
4 5 6
1 2 3
0 母
1A_1_1_01

(1)

問題文は長いけど、質問自体は定期テストなんかでよく見るやつだ。
このタイプの問題は決まった解き方があった。

問題文中の図1より、このときの二次関数のグラフは、
下に凸条件A 放物線の軸が負条件B y切片(y軸との交点のy座標)が正条件C x軸と2点で交わる条件D である。

この3つを、ひとつずつ考えてゆこう。

条件A

まず、グラフは下に凸なので、
0<a式A
である。

条件B

放物線の軸について復習すると、

復習

y=ax2+bx+cのグラフの軸(頂点のx座標)は
b2a
だった。

復習より、軸が負であることを式で表すと、
b2a<0式B
とかける。

式Aより0<aなので、両辺に2aをかけても符号の向きは変わらない。
よって、式Bは
b<0
より
0<b
と変形できる。

条件C

y=ax2+bx+c

x=0
を代入すると、
y=c
となる。

よって、cは、x=0のときのy座標、つまりy切片だ。
これが正なので、
0<c
である。


以上より、abcともに正なので、答えは
⓪,③
のどちらかだ。

図1のグラフの特徴のうち、条件Dの
x軸と2点で交わる はまだ使ってないので、これを使って⓪と③のうちから答えを選ぼう。

条件D

グラフはx軸と2点で交わるので、
D>0
だ。

⓪のときは
D=12423<0
なので、不適。

③のときは
D=324123>0
なので、これが答えだ。


解答ア:3

(2)

InternetExplorer以外で見ている人は、「はじめに」に載せたグラフ表示ソフトでcの値を変えてみて、イメージをつかんでほしい。
イメージをつかんだところで、グラフの平行移動について復習しよう。

復習

y=f(x)
xxpを代入すると、グラフはx軸方向にp平行移動する yyqを代入すると、グラフはy軸方向にq平行移動する

abの値は(1)のまま変えないので、グラフの式は
y=12x2+3x+c
だ。
これは
yc=12x2+3x式C
と変形できる。

復習より、式Cは
y=12x2+3x
のグラフを、y軸方向にc平行移動したものだ。

よって、abはそのままで、cの値だけ変化させると、グラフはy軸方向に移動する。

解答イ:2

(3)

a=b24cのときは、簡単簡単。

判別式は
D=b24b24cc
D=0
なので、グラフの頂点はx軸上にある。

解答ウ:1


それ以外のときは、ちょっと考えないといけない。

bcの値は(1)のまま変えないので、グラフの式は
y=ax2+3x+3
だ。

aを、グラフが下に凸になる範囲で変化させるので、
0<a
である。
このとき、グラフの軸(頂点のx座標)は、(1)の復習より
32a
なので、必ず負である。

また、判別式は
D=324a3
D=3(34a)
なので、
34a<0
のとき、つまり
34<aのとき、
D<0
34a>0
のとき、つまり
a<34のとき、
0<D
である。
34a=0のときはa=b24cのときなので、考えなくてよい。

これを数直線で表すと、図Aのようになる。

図A
大学入学共通テスト2017年試行調査 数学ⅠA第1問[1] 解説図A

いまは0<aだけど、図Aより、この範囲でDは正にも負にもなる。
よって、頂点はx軸の上にも下にもなる。

以上より、頂点のx座標は必ず負で、y座標は正にも負にもなるから、頂点は第2象限と第3象限を移動する。

解答エ:5

(4)

判別式やacの符号で説明する方が計算は楽なんだけど、頂点のy座標を使うようにとの指示なので、しかたがない。
面倒だけど、頂点のy座標を計算しよう。

頂点のx座標の
b2a
を、二次関数の式に代入して、
y=a(b2a)2+bb2a+c

これを計算すると
y=ab24a2b22a+c
y=b24a2b24a+c
y=b24a+c
となるので、頂点のy座標は
b24a + c式D
である。


ここで、
実数の2乗は0以上なので、0b2 また、図2より、
グラフは下に凸なので、0<a y切片は負なので、c<0 である。

よって、式Dの赤い部分は、
0以上
となるから、
b24a0
であることが分かる。

また、青い部分は、
c<0
である。

よって、式Dは
b24a+c0
といえる。

以上より、頂点のy座標が常に0以下なので、頂点は第1象限および第2象限には移動しない。


以上、考え方をかなり詳しく書いた。
共通テスト本番では時間も限られているし、こんなに丁寧に書く必要はない。
正解例が公表されているので、それを参考にしてほしい。
→ 数学入試問題データベースサイト
       大学入試数学問題集成さんで
          正解例を見る。