問題文全文(内容文)：
◎次の式を$rsin(\theta +\alpha )$の形に変形しよう。ただし、$r>0,-\pi <\alpha <\pi$とする。

①$\sqrt{3}\sin \theta +\cos \theta$

②$\sqrt{2}\sin \theta -\sqrt{6}\cos \theta$

③$3\sin \theta +4\cos \theta$

問題文全文(内容文)：
$\boxed{{\displaystyle 1}}$[1](1)次の問題Aについて考えよう。
問題A　関数$y=\sin \theta +\sqrt{3}\cos \theta (0\leqq \theta \leqq \frac{\pi }{2})$の最大値を求めよ。

$\sin \frac{\pi }{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ア}}}}=\frac{\sqrt{3}}{2}, \cos \frac{\pi }{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ア}}}}=\frac{1}{2}$　であるから、三角関数の合成により
$y=\boxed{{\displaystyle \mathrm{イ}}}\sin (\theta +\frac{\pi }{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ア}}}})$
と変形できる。よって、yは$\theta =\frac{\pi }{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ウ}}}}$で最大値$\boxed{{\displaystyle \mathrm{エ}}}$をとる。

(2)pを定数とし、次の問題Bについて考えよう。
問題B　関数$y=\sin \theta +p\cos \theta (0\leqq \theta \leqq \frac{\pi }{2})$の最大値を求めよ。
$(\text{i})p=0$のとき、yは$\theta =\frac{\pi }{\boxed{{\displaystyle \mathrm{オ}}}}$で最大値$\boxed{{\displaystyle \mathrm{カ}}}$をとる。

$(\text{ii})p>0$のときは、加法定理$\cos (\theta -\alpha )=\cos \theta \cos \alpha +\sin \theta \sin \alpha$を用いると
$y=\sin \theta +p\cos \theta =\sqrt{\boxed{{\displaystyle \mathrm{キ}}}}\cos (\theta -\alpha )$

と表すことができる。ただし$\alpha \mathrm{は}\sin \alpha =\frac{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ク}}}}{\sqrt{\boxed{{\displaystyle \mathrm{キ}}}}}, \cos \alpha =\frac{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ケ}}}}{\sqrt{\boxed{{\displaystyle \mathrm{キ}}}}}, 0<\alpha <\frac{\pi }{2}$

を満たすものとする。このとき、yは$\theta =\boxed{{\displaystyle \mathrm{コ}}}$で最大値$\sqrt{\boxed{{\displaystyle \mathrm{サ}}}}$をとる。

$(\text{iii})p<0$のとき、$y$は$\theta =\boxed{{\displaystyle \mathrm{シ}}}$で最大値$\sqrt{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ス}}}}$をとる。

$\boxed{{\displaystyle \mathrm{キ}}}～\boxed{{\displaystyle \mathrm{ケ}}}、\boxed{{\displaystyle \mathrm{サ}}}、\boxed{{\displaystyle \mathrm{ス}}}$の解答群
⓪-1　　　①1　　　②-p　　　③p　　　\
④1-p　　　⑤1+p　　　⑥-p^2　　　⑦p^2　　　⑧1-p^2　　　\
⑨1+p^2　　　ⓐ(1-p)^2　　　ⓑ(1+p^2)　　　\

$\boxed{{\displaystyle \mathrm{コ}}}、\boxed{{\displaystyle \mathrm{シ}}}$の解答群
⓪$0$　　　　①$\alpha$　　　　②$\frac{\pi }{2}$

2021共通テスト数学過去問

問題文全文(内容文)：
$\sin \alpha =$①＿＿＿＿＿＿＿＿

$\cos \alpha =$②＿＿＿＿＿＿=＿＿＿＿＿＿=＿＿＿＿＿＿＿＿

$\tan \alpha =$③＿＿＿＿＿＿＿＿

◎${\displaystyle \frac{\pi }{2}<\alpha <\pi }$で、$\sin \alpha ={\displaystyle \frac{7}{4}}$のとき、次の値を求めよう。

④$\sin 2\alpha$

⑤$\cos 2\alpha$

⑥$\tan 2\alpha$

問題文全文(内容文)：
直線$y={\displaystyle \frac{1}{3}}$ xが直線$y=ax$とx軸の正の向きとのなす角の二等分線となっているとき、aの値を求めよ。

問題文全文(内容文)：
$\boxed{{\displaystyle 2}}$
サッカー選手Pは下図(※動画参照)のようにペナルティーエリアの左端の線を延長した線
のゴール寄り右3mをドリブルで敵陣にまっすぐ向かっている。Pがゴールに向かって
シュートするとき、Pから見てゴールの見える範囲が大きい方が得策である。すなわち、
下図(※動画参照)のような配置でh=3mのとき、選手Pが蹴り込める角度範囲である$\theta$
が最も大きくなるPのゴールラインからの距離xを求めたい。ただし、ゴールは下図のように
ペナルティーエリアの左右の中央で、ゴールラインの外側に設置されているものとする。
一般に図(※動画参照)のようにペナルティーエリアの左端からゴールの左端までの距離をa、
ペナルティーエリアの左端からゴールの右端までの距離をb、Pのドリブルのラインと
ペナルティーエリアの左端までの距離をh(ただし、$h<a$とする)、Pからゴールライン
をx、Pの正面から右のゴールポストまでの角度を$\alpha$、Pの正面から左のゴールポスト
までの角を$\beta$としたとき、次頁の解放の文章を完成させなさい。

(解法)$\tan \theta$を最も大きくするxを求める問題と考えることができる。
$\tan \theta =\tan \boxed{{\displaystyle \mathrm{ア}}}=\frac{\tan \alpha -\tan \beta }{1+\tan \alpha \tan \beta }=\frac{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ア}}}\times x}{x^2+\boxed{{\displaystyle \mathrm{ウ}}}}$
$\tan \theta$の逆数を考えると、相加相乗平均の定理より
$\frac{1}{\tan \theta }=\frac{x}{\boxed{{\displaystyle \mathrm{エ}}}}+\frac{\boxed{{\displaystyle \mathrm{オ}}}}{x\times \boxed{{\displaystyle \mathrm{カ}}}}\geqq \frac{2}{\boxed{{\displaystyle \mathrm{キ}}}}\sqrt{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ク}}}}$
であり、$\frac{1}{\tan \theta }$が最小、すなわち$\tan \theta$が最大となるのは$x=\sqrt{\boxed{{\displaystyle \mathrm{ケ}}}}$のときである。

(解法終わり)
ペナルティエリアの横幅を40m、ゴールの横幅を8mとすると、今回のサッカー選手Pの場合、
$x=\sqrt{\boxed{{\displaystyle \mathrm{コ}}}}m$のときに、$\theta$が最も大きくなることが分かる。

2021慶應義塾大学総合政策学部過去問