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香川大学/2026年度/前期

香川大学 2026年 数学 第2問解答・解説

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1問題

香川大学2026年度第2問

各実数 tt に対して定める直線 ℓ:y=−(t+1)x+t2+2t+4\ell:y=-(t+1)x+t^2+2t+4 について,次の問に答えよ。

(1) tt がすべての実数を動くとき,直線 ℓ\ell が通過する領域を座標平面に図示せよ。

(2) tt が −1≦t≦1-1\leq t\leq 1 の範囲を動くとき,直線 ℓ\ell が通過する領域を座標平面に図示せよ。

まずは自分で解いてみましょう。詰まったら「考え方」、解けたら「答え」で確かめられます。

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • (1) 全実数 t のときの領域: y≧3−x24\displaystyle y\ge3-\frac{x^2}{4}(放物線の上側、境界を含む)。

    (2) −1≦t≦1-1\le t\le1 のとき、下側境界は y=3 (x≦0), y=3−x2/4 (0≦x≦4), y=7−2x (x≧4);y=3\space{}(x\le0),\space{}y=3-x^2/4\space{}(0\le x\le4),\space{}y=7-2x\space{}(x\ge4);

    上側境界は y=7−2x (x≦2), y=3 (x≧2)y=7-2x\space{}(x\le2),\space{}y=3\space{}(x\ge2)。その間(境界を含む)が領域。

3解答

解答を見る途中式つきの解答

u=t+1 とおく。問(1)では u は実数全体を動き、問(2)では 0≦u≦2 である。直線の式はy=−ux+u2+3となる。まず x を固定し、gx(u)=u2−xu+3 の値の範囲を調べる。(1) u に制限がないとき、平方完成によりgx(u)=(u−x2)2+3−x24.(u−x2)2≧0 であり、任意の x に対して u=x2 を選べる。よって、この x で直線が通過する点の y 座標は y≧3−x24 を満たし、逆にこの範囲の y はすべて得られる。したがって求める領域はy≧3−x24.境界は頂点 (0,3) の下向きの放物線 y=3−x24 であり、その上側(境界を含む)を図示する。(2) 0≦u≦2 のとき、同じ平方完成式から gx(u) の最小値を調べる。頂点の u=x/2 が区間内にあるのは 0≦x≦4 のときである。これを外れると、区間内で x/2 に最も近い端点が最小を与える。よってmin⁡0≦u≦2gx(u)={3,x≦0,3−x24,0≦x≦4,7−2x,x≧4.最大値は、u2≦2u よりgx(u)=u2−xu+3≦3+(2−x)u.右辺は u の一次式である。x≦2 なら 3+(2−x)u≦7−2x(等号 u=2)、x≧2 なら 3+(2−x)u≦3(等号 u=0)。したがってmax⁡0≦u≦2gx(u)={7−2x,x≦2,3,x≧2.多項式 gx(u) は 0≦u≦2 の範囲で連続なので、最小値から最大値までのすべての y をとる。求める領域は{3≦y≦7−2x,x≦0,3−x24≦y≦7−2x,0≦x≦2,3−x24≦y≦3,2≦x≦4,7−2x≦y≦3,x≧4.したがって図示では、上側境界は x≦2 で y=7−2x、x≧2 で y=3。下側境界は x≦0 で y=3、0≦x≦4 で y=3−x2/4、x≧4 で y=7−2x となる。これらはすべて含み、その間を塗る。境界の接続点は下側が (0,3),(4,−1)、上側が(2,3) である。\displaystyle u=t+1\text{ とおく。問(1)では }u\text{ は実数全体を動き、問(2)では }0\le u\le2\text{ である。直線の式は} \\ y=-ux+u^2+3 \\ \text{となる。まず }x\text{ を固定し、}g_x(u)=u^2-xu+3\text{ の値の範囲を調べる。} \\[4pt] \text{(1) }u\text{ に制限がないとき、平方完成により} \\ g_x(u)=\left(u-\frac{x}{2}\right)^2+3-\frac{x^2}{4}. \\ \left(u-\frac{x}{2}\right)^2\ge0\text{ であり、任意の }x\text{ に対して }u=\frac{x}{2}\text{ を選べる。よって、この }x\text{ で直線が通過する点の }y\text{ 座標は }y\ge3-\frac{x^2}{4}\text{ を満たし、逆にこの範囲の }y\text{ はすべて得られる。したがって求める領域は} \\ \boxed{y\ge3-\frac{x^2}{4}}. \\ \text{境界は頂点 }(0,3)\text{ の下向きの放物線 }y=3-\frac{x^2}{4}\text{ であり、その上側(境界を含む)を図示する。} \\[6pt] \text{(2) }0\le u\le2\text{ のとき、同じ平方完成式から }g_x(u)\text{ の最小値を調べる。頂点の }u=x/2\text{ が区間内にあるのは }0\le x\le4\text{ のときである。これを外れると、区間内で }x/2\text{ に最も近い端点が最小を与える。よって} \\ \min\limits _{0\le u\le2}g_x(u)= \begin{cases} 3,&x\le0,\\ 3-\dfrac{x^2}{4},&0\le x\le4,\\ 7-2x,&x\ge4. \end{cases} \\ \text{最大値は、}u^2\le2u\text{ より} \\ g_x(u)=u^2-xu+3\le 3+(2-x)u. \\ \text{右辺は }u\text{ の一次式である。}x\le2\text{ なら }3+(2-x)u\le7-2x\text{(等号 }u=2\text{)、}x\ge2\text{ なら }3+(2-x)u\le3\text{(等号 }u=0\text{)。したがって} \\ \max\limits _{0\le u\le2}g_x(u)= \begin{cases} 7-2x,&x\le2,\\ 3,&x\ge2. \end{cases} \\ \text{多項式 }g_x(u)\text{ は }0\le u\le2\text{ の範囲で連続なので、最小値から最大値までのすべての }y\text{ をとる。求める領域は} \\ \boxed{ \begin{cases} 3\le y\le7-2x,&x\le0,\\ 3-\dfrac{x^2}{4}\le y\le7-2x,&0\le x\le2,\\ 3-\dfrac{x^2}{4}\le y\le3,&2\le x\le4,\\ 7-2x\le y\le3,&x\ge4. \end{cases}} \\ \text{したがって図示では、上側境界は }x\le2\text{ で }y=7-2x、x\ge2\text{ で }y=3\text{。下側境界は }x\le0\text{ で }y=3、0\le x\le4\text{ で }y=3-x^2/4、x\ge4\text{ で }y=7-2x\text{ となる。これらはすべて含み、その間を塗る。境界の接続点は下側が }(0,3),(4,-1)、上側が(2,3)\text{ である。}

この問題で使う考え方

  • 二次関数のグラフと頂点
  • 二次関数の最大・最小
  • 直線の方程式
  • 不等式の表す領域

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