大学入学共通テスト 2021年(令和3年) 本試 数学ⅠA 第4問 解説
(1)
以下の解説中では、
時計回りに移動させることを「進む」と書き、移動量を正の値で
反時計回りに移動することを「戻る」と書き、移動量を負の値で
表すことにする。
直感的に、2回進んで3回戻れば、
より、
解答ア:2, イ:3
共通テスト本番ではこれでいいんだけど、「直感的に思いつく」なんて数学じゃないし、思いつかないときもあるから、もうちょっと考えておこう。
5回移動するので、石は
最も進んだときは
この範囲で
以下の図では、
ここからは、
解法1
連立方程式を使った方法
解法2
頭を使わずに手を使う方法おすすめ
の、2つの解法を説明する。
解法1
進む回数を
式A | ||
式B |
ができる。
式Aより
これを式Bに代入すると
より
とかける。
この式に図Aの3つのパターンを当てはめると、
パターンA
パターンB
パターンC
となる。
パターンA,パターンCは、
答えは、パターンBの
である。
また、このときの
となる。
以上より、5回の移動で
偶数が2回、奇数が3回
出た場合だけである。
解答ア:2, イ:3
アドバイス
以上、真っ正直に解いてみた。
けれど、問題文の先を読むと
「不定方程式
とある。
なので、アイを解く前にこれを読んでいれば、図AのパターンBだけ考えればよいことが分かる。
解法2
この問題は頭を使うよりも手を使った方が早く解ける。つまり、全部書く。
5回全て奇数の目が出た場合、5回戻るので、移動量は
だ。
5回中1回偶数のときは、5回全て奇数のときと比べて、
戻るのが1回減るので、
なので、5回全て奇数のときの移動量に
移動する。
同様に、5回のうち2回偶数のときには、
移動する。
こうして、全て偶数の場合の
になるまで
偶数の回数 | | | | | | |
---|---|---|---|---|---|---|
移動量 | | | | |
表Bで、図Aの3つのパターンの
を探すと、当てはまるのは赤い部分のひとつだけ。
以上より、5回の移動で
偶数が2回、奇数が3回
出た場合だけである。
解答ア:2, イ:3
アイより、
とかける。
なので、アイは、一次不定方程式
の整数解のひとつである。
(2)
不定方程式を解くときは、まず解を一組見つける。
けれど、この問題では、すでに(1)で
の解のひとつが分かっているので、これを使おう。
式Cより
だけど、この両辺を
となるので、①の解のひとつは
だ。
あとはいつも通りの作業をする。
①から式C'を辺々引くと、
となるから、
とかける。
ここで、
でなければならない。
以上より、①の解は、
( | ||
と表せる。
解答ウ:3, エ:5
この解のうち、
を満たすものを探す。
まず、この
より
とかける。
いま、
のひとつだけ。
これを式Eに代入して、求める解は
である。
解答オ:4, カ:4
このとき、さいころを投げる回数は
回になる。
解答キ:8
(3)
はじめに、問題文の
(*)
石を反時計回りまたは時計回りに
偶数が
偶数
同様に、奇数が
奇数
(ただし、
性質A,Bが分かったところで問題を解くんだけれど、ここでは
解法1
(2)の結果を使った方法おすすめ
解法2
頭を使わずに手を使う方法
の、2つの解法を説明する。
その他、一次不定方程式や連立方程式を使った方法も考えられるけど、遠回りなので省略する。
解法1
(2)より、
偶数が
性質Aより、
偶数
偶数が
よって、さいころの目が
偶数が
解答ク:1, ケ:4, コ:5
解法2
移動回数が
偶数の回数 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
移動回数 | |||||||||
かなりの作業量に見えるかも知れないけれど、
表Cの考えなくていい数を消すと、表Dになる。
偶数の回数 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
移動回数 | |||||||||
ここまできたら、ついでに表中の負の数に
その方が見やすいし。
偶数の回数 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
移動回数 | ||||||
いま考えているのは、
なので、表Eで
このとき、表Eより、
移動回数が
奇数の回数は
解答ク:1, ケ:4, コ:5
(4)
最後は、選択肢の
のうち、最小回数が最も大きいものを探す問題だ。
(4)では、次の3種類の解法を説明する。
解法1
一次不定方程式を使った方法
解法2
頭を使わずに手を使う方法おすすめ
解法3
推論で解く方法
解法1
まず、最初に作った
の解を一組見つける。
式Cの両辺を
なので、式Bの解のひとつは
式G | ||
である。
式Gを使って
例えば
式Gに
偶数が
この回数を性質A,Bを使って減らすと、
偶数の回数の
より、
偶数
より、
偶数
この作業は、考えてみれば
偶数の回数を
以上より、式Gで
性質Cを使って、
まず、
点 | |||||
---|---|---|---|---|---|
なので、これを式Gに代入すると、
点 | |||||
---|---|---|---|---|---|
性質Cより、表Gの
点 | |||||
---|---|---|---|---|---|
偶数の回数 | |||||
奇数の回数 | |||||
最小回数 |
表Hより、最小回数が最も大きいのは
で、そのときの移動回数は、
である。
解答サ:3, シ:6
解法1の別解
あんまりお勧めじゃないけれど、
整数を
このことと 性質Cより、最小回数の
偶数の回数は
よって、いま求めている点の最小回数シは
シ
となる。
また、(3)で求めたように、
いま問われている点サの最小回数は
である。
以上より、
なので、
シ
であることが分かる。
解答シ:6
ということで、最小回数が
最小回数が
のとき。
これに式Gを代入すると、
とかける。
これを満たす
より、
両辺を
とかける。
より、
両辺を
とかける。
式H'
より、一次不定方程式
ができる。
だけど、この両辺を
なので、
式K | ||
は式Jの解のひとつだ。
この式Kを式Hに代入すると、
となるので、求める点サは、
解答サ:3
解法2
(4)は、全部書く方式の方が恐らく圧倒的に早い。
偶数の回数 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
移動回数 | ||||||
(3)の表Eをもう一回載せておいた。
表Eにある同じ数字のうち一番上が最小回数なので、印をつける。
例えば、
すると、表Iができる。
偶数の回数 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
移動回数 | ||||||
印をつけた(表Iでは赤くした)数は
このうち、一番下にあるのは
よって、最小回数が最も大きいのは
で、そのときの移動回数は、
である。
解答サ:3, シ:6
解法3
最後に、あんまり数学的じゃない方法を載せておく。推理小説が好きな人とかには合った考え方かも知れない。
だけど、この方法が良いかどうかは別問題だ。
なので、興味がなければ読まなくても問題ない。
図Fの5個の点のうち、
偶数
また、偶数
移動するから、
なので、
なので、
以上より、選択肢のうち
(3)で
なので、
以上より、消去法で、最小回数が最も大きいのは
である。
解答サ:3
つまり、
であることが分かる。
解答シ:6