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京都大学/2007年度

京都大学 2007年 数学 第1問解答・解説

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1問題

京都大学2007年度第1問

以下の各問にそれぞれ答えよ。 問1: 定積分 ∫022x+1x2+4dx\displaystyle \int_{0}^{2}\frac{2x+1}{\sqrt{x^{2}+4}}dx を求めよ。 問2. 1歩で1段または2段のいずれかで階段を昇るとき、1歩で2段昇ることは連続しないものとする。15段の階段を昇る昇り方は何通りあるか。

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解答

解答を見る答えはこの解答の中にあります

問1 積分を二つに分け、ddxx2+4=x/x2+4\displaystyle \frac{d}{dx}\sqrt{x^2+4}=x/\sqrt{x^2+4} と ddxlog⁡(x+x2+4)=1/x2+4\displaystyle \frac{d}{dx}\log(x+\sqrt{x^2+4})=1/\sqrt{x^2+4} を用いると ∫022x+1x2+4dx=[2x2+4+log⁡(x+x2+4)]02=42−4+log⁡(1+2).\displaystyle \int_0^2\frac{2x+1}{\sqrt{x^2+4}}dx =\left[2\sqrt{x^2+4}+\log(x+\sqrt{x^2+4})\right]_0^2 =\boxed{4\sqrt2-4+\log(1+\sqrt2)}.

問2 2段昇る歩数が kk 回なら、1段昇る歩数は 15−2k15-2k 回で、歩数の合計は 15−k15-k 回となる。2段昇る kk 回は隣り合ってはならない。mm 個の位置から隣り合わない kk 個の位置を選ぶ方法は (m−k+1k)\displaystyle \binom{m-k+1}{k} 通りである(選んだ位置の間に必要な空きを取り除いて数える)。ここでは k≦5k\le5 なので、求める総数は ∑k=05(16−2kk)=1+14+66+120+70+6=277.\displaystyle \sum\limits _{k=0}^5\binom{16-2k}{k}=1+14+66+120+70+6=\boxed{277}.

Tags. Unit: definite integrals and counting. Method: elementary antiderivatives, nonadjacent-position bijection and binomial coefficients. Theme: exact integral and constrained compositions of 15.

Quality comparison and disposition Independent derivation was saved before consulting the prior answer. The prior final result agrees: 問1=4sqrt(2)-4+ln(1+sqrt(2)); 問2=277.. The old integral value and nonadjacent-move count agree. The original accepted result files and their evidence metadata remain untouched. Prior actual-result evidence was not independently validated, so actual model status stays UNVERIFIED.  Disposition: mathematics PASS; source eligible; display matched; adopt this independent high-school solution.

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