福田の数学〜大阪大学2025理系第2問〜3次関数の極値と変曲点の軌跡 - 質問解決D.B.(データベース)

福田の数学〜大阪大学2025理系第2問〜3次関数の極値と変曲点の軌跡

問題文全文(内容文):

$\boxed{2}$

$p$と$m$を実数とし、

関数$f(x)=x^3+3px^2+3mx$は

$x=\alpha$で極大値をとり、

$x=\beta$で極小値をとるとする。

(1)$f(\alpha)-f(\beta)$を$p$と$m$を用いて表せ。

(2)$p$と$m$が$f(\alpha)-f(\beta)=4$を

満たしながら動くとき、

曲線$y=f(x)$の変曲点の軌跡を求めよ。

$2025$年大阪大学理系過去問題
単元: #数Ⅱ#大学入試過去問(数学)#図形と方程式#微分法と積分法#学校別大学入試過去問解説(数学)#大阪大学#数学(高校生)
指導講師: JiroFukuda Math Channel
問題文全文(内容文):

$\boxed{2}$

$p$と$m$を実数とし、

関数$f(x)=x^3+3px^2+3mx$は

$x=\alpha$で極大値をとり、

$x=\beta$で極小値をとるとする。

(1)$f(\alpha)-f(\beta)$を$p$と$m$を用いて表せ。

(2)$p$と$m$が$f(\alpha)-f(\beta)=4$を

満たしながら動くとき、

曲線$y=f(x)$の変曲点の軌跡を求めよ。

$2025$年大阪大学理系過去問題
投稿日:2025.06.12

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*図は動画内参照

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問題文全文(内容文):
${\Large\boxed{1}}$ 不等式$-1 \leqq y-x \leqq 1,$ $-1 \leqq x+y \leqq 1$ を満たす$x,y$に対して
(1)$x^2+y^2-3x-2y$ の最大値、最小値とそのときの$x,y$を求めよ。
(2)$\displaystyle \frac{y}{x+2}$ の最大値、最小値とそのときの$x,y$を求めよ。
(3)$xy$ の最大値とそのときの$x,y$を求めよ。
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指導講師: JiroFukuda Math Channel
問題文全文(内容文):
$y=x^3-x$により定まる座標平面上の曲線をCとする。
C上の点P$(\alpha,\alpha^3-\alpha)$を通り、
点PにおけるCの接線と垂直に交わる直線をlとする。Cとlは相異なる3点で交わるとする。
(1)$\alpha$のとりうる値の範囲を求めよ。
(2)Cとlの点P以外の2つの交点のx座標を$\beta,\gamma$とする。ただし$\beta \lt \gamma$とする。
$\beta^2+\beta\gamma+\gamma^2-1\neq 0$ となることを示せ。
(3)(2)の$\beta,\gamma$を用いて、
$u=4\alpha^3+\frac{1}{\beta^2+\beta\gamma+\gamma^2-1}$
と定める。このとき、uの取りうる値の範囲を求めよ。

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指導講師: JiroFukuda Math Channel
問題文全文(内容文):
(1)座標平面上の点P(x,y)を、点T(s,t)を中心として半時計周りに角$\alpha$だけ
回転させるときに、点Pが点P'(x',y')に移るとする。x'とy'を$x,y,s,t,\alpha$
の式で表すと$x'=\boxed{\ \ ア\ \ }, y'=\boxed{\ \ イ\ \ }$となる。
(2)aを正の実数とする。原点O(0,0)とする半径aの円Cに、半径$\frac{a}{2}$で原点O
を通る円Kを点A(a,0)において内接させる。この円Kを円Cに沿って
滑らないように転がす。ただし、KとCの接点がC上を半時計回りに動くようにする。
そして、接点の座標がはじめて$(a\cos\beta,a\sin\beta)(0 \leqq \beta \leqq 2\pi)$となるようにする。
円Kに対するこの操作は次の2段階の操作を続けて行うことと同等である。
$(\textrm{i})$点B$(\frac{a}{2},0)$を中心として、円Kを$\boxed{\ \ ウ\ \ }$に角$\boxed{\ \ エ\ \ }$だけ回転させる。
$(\textrm{ii})$原点Oを中心として、円Kを$\boxed{\ \ オ\ \ }$に角$\boxed{\ \ カ\ \ }$だけ回転させる。

$\boxed{\ \ ウ\ \ },\boxed{\ \ エ\ \ },\boxed{\ \ オ\ \ },\boxed{\ \ カ\ \ }$の選択肢
時計回り,反時計回り,$\beta,2\beta,\frac{1}{2}\beta$

(3)円Kが点Aにおいて円Cに内接しているとき、Kの内部に固定された点Q(b,0)
(ただし、$0 \lt b \lt a$)をとる。円Kを、Cとの接点がC上を一周するまで(2)に述べた
やり方でCに沿って転がすとき、点Qが動いてできる曲線を$S_1$とする。$S_1$上の
点の座標を(x,y)として、$S_1$の方程式をx,yを用いて書くと$\boxed{\ \ キ\ \ }$となる。

(4)円Kが点Aにおいて円Cに内接しているとき、円Cに固定された点R(0,a)をとる。
今度は円Kを固定して、円Cの方をKに接した状態で滑らないようにKに沿って転がす。
2つの円の接点が円Kを$\boxed{\ \ ク\ \ }$回転したとき、点Rははじめてもとの位置
(0,a)に戻る。Rが描く曲線を$S_2$とする。原点Oを極とし、x軸の正の部分を
始線とする極座標#$(r,\theta)$による$S_2$の極方程式は$r=\boxed{\ \ ケ\ \ }$である。
ただし$r,\theta$はそれぞれ$S_2$上の点の原点からの距離、および偏角である。

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