福田の1.5倍速演習〜合格する重要問題092〜神戸大学2018年度理系第5問〜回転体の体積 - 質問解決D.B.(データベース)

福田の1.5倍速演習〜合格する重要問題092〜神戸大学2018年度理系第5問〜回転体の体積

問題文全文(内容文):
$\Large\boxed{5}$ 座標空間において、Oを原点とし、A(2,0,0), B(0,2,0), C(1,1,0)とする。$\triangle$OABを直線OCの周りに1回転してできる回転体をLとする。
(1)直線OC上にない点P(x,y,z)から直線OCにおろした垂線をPHとする。
$\overrightarrow{OH}$と$\overrightarrow{HP}$をx,y,zの式で表せ。
(2)点P(x,y,z)がLの点であるための条件は
$z^2≦2xy$ かつ $0≦x+y≦2$
であることを示せ。
(3)$1≦a≦2$とする。Lを平面x=aで切った切り口の面積S(a)を求めよ。
(4)立体${(x,y,z)|(x,y,z)\in L, 1≦x≦2}$の体積を求めよ。

2018神戸大学理系過去問
単元: #大学入試過去問(数学)#平面上のベクトル#平面上のベクトルと内積#微分とその応用#積分とその応用#関数の変化(グラフ・最大最小・方程式・不等式)#定積分#面積・体積・長さ・速度#学校別大学入試過去問解説(数学)#神戸大学#数学(高校生)#数C#数Ⅲ
指導講師: 福田次郎
問題文全文(内容文):
$\Large\boxed{5}$ 座標空間において、Oを原点とし、A(2,0,0), B(0,2,0), C(1,1,0)とする。$\triangle$OABを直線OCの周りに1回転してできる回転体をLとする。
(1)直線OC上にない点P(x,y,z)から直線OCにおろした垂線をPHとする。
$\overrightarrow{OH}$と$\overrightarrow{HP}$をx,y,zの式で表せ。
(2)点P(x,y,z)がLの点であるための条件は
$z^2≦2xy$ かつ $0≦x+y≦2$
であることを示せ。
(3)$1≦a≦2$とする。Lを平面x=aで切った切り口の面積S(a)を求めよ。
(4)立体${(x,y,z)|(x,y,z)\in L, 1≦x≦2}$の体積を求めよ。

2018神戸大学理系過去問
投稿日:2023.02.24

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指導講師: 福田次郎
問題文全文(内容文):
整数からなる数列$\{a_n\}~(n=1,2,3,\cdots)$を次の規則1、規則2により定める。
(規則1)$a_1=0,a_2=1$である。
(規則2)$k=1,2,3,\cdots$について、初項から第$2^k$項までの値のそれぞれに$1$を加え、それらすべてを逆の順序にしたものが第$(2^k+1)$項から第$2^{k+1}$項までの値と定める。
例えば、初項と第2項までのそれぞれに$1$を加えて順序を逆にすると$2,1$を得る。これより、初項から第4項までは$0,1,2,1$となる。同様に、これらのそれぞれに$1$を加えて順序を逆にすると$2,3,2,1$となる。これより、初項から第8項までは$0,1,2,1,2,3,2,1$となる。
(1) 以上の規則により得られる数列$\{a_n\}$において、$a_{10}=\boxed{ア}$であり、$a_{16}=\boxed{イ}$である。また第$2^k$項$(k=5,6,7,\cdots)$の値は$\boxed{ウ}$である。

(2) $a_{518}$を求めたい。上記の規則2によれば、$1 \leqq i \leqq 2^k$を満たす$i$に対して$a_1$に$1$を加えた数と第$\boxed{エ}$項が等しいと定めている。実際に、$2^b < 518 < 2^{b+1}$を満たすような整数$b$は$\boxed{オ}$であることに注意すれば、$a_{518}=\boxed{カ}$である。
エの解答群
⓪ $2^k+i-1$ ① $2^k+i$ ② $2^k+i+1$ ③$2^k+2i$ ④ $2^k+2i+1$
⑤ $2^k-i-1$ ⑥ $2^{k+1}-i$ ⑦ $2^{k+1}-i+1$ ⑧ $2^{k+1}-2i-1$ ⑨ $2^{k+1}-2i$

(3) 点$\textrm{P}_k (k=1,2,3,\cdots)$を次のように定める。
数列$\{a_n\}$の初項から第$2^k$項に着目し、$a_n$を4で割った余りにしたがって、ベクトル$\vec{e_n}$を
\begin{eqnarray}
\vec{e_n}
=
\begin{cases}
(1,0) & a_nが4の倍数のとき \\
(0,1) & a_nを4で割った余りが1のとき\\
(-1,0) & a_nを4で割った余りが2のとき\\
(0,-1) & a_nを4で割った余りが3のとき
\end{cases}
\end{eqnarray}
によって定め、点$\textrm{P}_1$の位置ベクトルを$\overrightarrow{\textrm{OP}_1}=\vec{e_1}+\vec{e_2}$とし、点$\textrm{P}_k (k=2,3,4,\cdots)$の位置ベクトルを$\overrightarrow{\textrm{OP}_k}=\vec{e_1}+\vec{e_2}+\vec{e_3}+\cdots+\vec{e_{2^k}}$とする。たとえば、$\overrightarrow{\textrm{OP}_1}=(1,0)+(0,1)+(-1,0)+(0,1)=(0,2)$である。$\{a_n\}$を定める規則に注目すると、$|\overrightarrow{\textrm{OP}_{k+1}}|$は$|\overrightarrow{\textrm{OP}_{k}}|$の$\boxed{キ}$倍であり、$\angle{\textrm{P}_k\textrm{OP}_{k+1}}=\boxed{ク}$である。このことから$\overrightarrow{\textrm{OP}_{99}}$は$(\boxed{ケ},\boxed{コ})$である。
キの解答群
⓪ $\dfrac18$ ① $\dfrac14$ ② $\dfrac12$ ③ $\dfrac{\sqrt{2}}2$ ④ $1$
⑤ $\sqrt2$ ⑥ $2$ ⑦ $2\sqrt2$ ⑧ $4$ ⑨ $8$
クの解答群
⓪ $15^{\circ}$ ① $30^{\circ}$ ② $45^{\circ}$ ③ $60^{\circ}$ ④ $75^{\circ}$
⑤ $90^{\circ}$ ⑥ $105^{\circ}$ ⑦ $120^{\circ}$ ⑧ $135^{\circ}$ ⑨ $150^{\circ}$
ケ、コの解答群
⓪ $-2^{99}$ ① $-2^{98}$ ② $-2^{49}$ ③ $-2^{48}$ ④ $0$
⑤ $1$ ⑥ $2^{48}$ ⑦ $2^{49}$ ⑧ $2^{98}$ ⑨ $2^{99}$
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問題文全文(内容文):
$\triangle OAB$を$3:2$に内部する点を$C$、辺$OB$を$3:4$に内分する点を$D$とする。
線分$AD$と線分$BC$との交点を$P$とする。
また、$\triangle OPA,\triangle PDB$の面積をそれぞれ$S_1,S_2$とする。

(1)$\overrightarrow{ OP }$を$\overrightarrow{ OA }$と$\overrightarrow{ OB }$を用いて表せ。
(2)$S_1:S_2$を求めよ。
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