川崎医科大学2017問題

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$\fbox{1}$ $\theta$ を実数とし,$i$ を虚数単位とする。
(1) $A$,$B$ を実数の定数とし,任意の実数 $\theta$ に対して,

$\sin 3\theta=\sin \theta \cdot (A-B\sin^2 \theta)$

が成り立つとする。

(i) $A=\fbox{ア}$,$B=\fbox{イ}$ である。

(ii) $\dfrac{1}{2}\pi \leqq \theta \leqq \dfrac{3}{2}\pi$ とし,3 次方程式 $Ax-Bx^3=\dfrac{1}{2}$ の最も小さい解が $\sin\theta$ に等しいとき,

$\theta=\dfrac{\fbox{ウエ}}{\fbox{オカ}}\pi$ である。

(2) $a$,$b$,$c$ を実数の定数とし,任意の実数 $\theta$ に対して,

$\sin 5\theta = \sin\theta \cdot f(\sin^2\theta)$

を満たす 2 次関数 $f(x)=ax^2+bx+c$ を考える。

(i) 複素数 $\left(\cos\dfrac{2}{5}\pi+i\sin\dfrac{2}{5}\pi\right)^2$ の虚部の値は $\fbox{キ}$ である。

(ii) $\alpha$,$\beta$ を実数とするとき,複素数 $(\alpha+i\beta)^5$ の虚部は

$\fbox{ク} \alpha^4\beta – \fbox{ケコ} \alpha^2\beta^3 + \beta^5$

に等しい。

(iii) $a=\fbox{サシ}$,$b=-\fbox{スセ}$,$c=\fbox{ソ}$ である。

(iv) 2 次方程式 $f(x)=0$ の解 $x$ は

$x=\dfrac{\fbox{タ}-\sqrt{\fbox{チ}}}{\fbox{ツ}}$ と $x=\dfrac{\fbox{タ}+\sqrt{\fbox{チ}}}{\fbox{ツ}}$

である。ここで,2 つの $\fbox{タ}$,2 つの $\fbox{チ}$,2 つの $\fbox{ツ}$ は,それぞれ,同じ値である。

(v) $\cos\dfrac{2}{5}\pi=\dfrac{-\fbox{テ}~\fbox{ト}\sqrt{\fbox{ナ}}}{\fbox{ニ}}$ である。

ただし,$\fbox{ト}$ は符号 $+$,$-$ のいずれかである。

(3) $p,~q,~r,~s$ を実数の定数とし,任意の実数 $\theta$ に対して,

$\sin 7\theta = \sin\theta \cdot g(\sin^2\theta)$

を満たす 3 次関数 $g(x)=px^3+qx^2+rx+s$ を考える。

(i) $p=-\fbox{ヌネ}$,$q=\fbox{ノハヒ}$,$r=-\fbox{フヘ}$,$s=\fbox{ホ}$ である。

(ii) $\sin\dfrac{2}{7}\pi \cdot \sin\dfrac{4}{7}\pi \cdot \sin\dfrac{6}{7}\pi = \dfrac{\sqrt{\fbox{マ}}}{\fbox{ミ}}$ が
成り立つ。

$\fbox{2}$ $\theta$ を実数とし,$i$ を虚数単位をする。

(1) 複素数平面において,複素数 $z$ が $2+\dfrac{3}{2}\,i$ を中心とする半径 $\dfrac{5}{2}\sqrt{2}$ の円周上にあるとし,$w=\dfrac{1}{z}$ とおく.

(i) $\left|2+\dfrac{3}{2}\,i\right|=\dfrac{\fbox{ア}}{\fbox{イ}}$ である。

(ii) $\left|w-\dfrac{\fbox{ウ}-\fbox{エ}\,i}{\fbox{オカ}}\right|=\sqrt{2}|w|$ が成り立つ。

(iii) $w$ は中心 $-\dfrac{\fbox{  キ  }}{\fbox{クケ}}+\dfrac{\fbox{  コ  }}{\fbox{サシ}}\,i$,半径 $\dfrac{\fbox{ス}}{\fbox{セ}}\,\sqrt{2}$ の円周上にある。

(2) 複素数平面において

$z_A = \cos \theta + i\,\sin \theta$,$z_B = \cos 2\theta + i\,\sin 2\theta$,$z_C = \cos 3\theta + i\,\sin 3\theta$ とし,複素数 $z_A$,$z_B$,$z_C$ の表す点を,それぞれ  A,B,C とする。

(i) $\pi < \theta < 2\pi$ とする。3 点 A,B,C を頂点とする三角形が正三角形となるのは $\theta=\dfrac{\fbox{ ソ }}{\fbox{ タ }}\,\pi$ のときであり,直角三角形になるのは $\theta=\dfrac{\fbox{ チ }}{\fbox{ ツ }}\,\pi$ のときである。

(ii) $0 < \theta < \pi$ とする。3 点 A,B,C を頂点とする三角形の面積を $S$ とするとき,

$S=\sin\theta\,\fbox{ テ }\,\dfrac{\fbox{ ト }}{\fbox{ ナ }}\,\sin 2\theta$

である。ただし,$\fbox{ テ }$ は符号 $+$,$-$ のいずれかである。

$S$ が最大となるのは $\theta=\dfrac{\fbox{ ニ }}{\fbox{ ヌ }}\,\pi$ のときである。このとき $S$ の最大値は $\dfrac{\fbox{ ネ }}{\fbox{ ノ }}\,\sqrt{\fbox{ ハ }}$ である。

(iii) $\theta=1$ とし,$m$,$n$ を整数とする。$m$,$n$ が $\arg(Z_A)=\arg\left(\dfrac{{Z_B}^m}{{Z_C}^n}\right)$ を 満たすとき,$m$,$n$ は整数 $k$ を用いて

$m=2+\fbox{ ヒ }\,k$,$n=\fbox{ フ }+\fbox{ ヘ }\,k$

と表せる。このとき,$m$,$n$ が共に 50 以上,150 以下を満たす $m$,$n$ の組は $\fbox{ホマ}$ 組ある。

$\fbox{3}$ $f(x)=x+\dfrac{2}{\pi}\,\sin(\pi x)$ とする。

(1) $0 \leqq x \leqq 1$ の範囲において,$f(x)$ は $x=\dfrac{\fbox{ ア }}{\fbox{ イ }}$ のとき最大値 $\dfrac{\fbox{ ウ }}{\fbox{ エ }}+\dfrac{\sqrt{\fbox{ オ }}}{\pi}$ をとる。

(2) 曲線 $C\,:\, y=f(x)$ 上の点 $(t,\,f(t))$ における曲線 $C$ の接線を $l_t$ とする。

(i) $t=0$ のとき,直線 $l_t$ の方程式は $y=\fbox{ カ }\,x$ であり,$t=1$ のとき,直線 $l_t$ の方程式は $y=-x+\fbox{ キ }$ である。

(ii) $0 \leqq t \leqq 1$ の範囲において,直線 $l_t$ の $y$ 切片は

$t=\fbox{ ク }$ のとき最小値 $\fbox{ ケ }$ をとり,

$t=\fbox{ コ }$ のとき最大値 $\fbox{ サ }$ をとる。

(iii) $0 < t < 1$ とし,曲線 $C$ の $0 \leqq x \leqq 1$ の部分,直線 $l_t$,直線 $x=0$,および,直線 $x=1$ で囲まれた部分の面積を $S_t$ とする。

$S_t$ は $t=\dfrac{\fbox{ シ }}{\fbox{ ス }}$ のとき最小値 $\dfrac{\fbox{ セ }}{\pi}-\dfrac{\sqrt{\fbox{ ソ }}}{\pi^2}$ をとる。

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