福田次郎
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福田のおもしろ数学133〜命題の否定〜夏は暑い
福田の数学〜早稲田大学2024年人間科学部第5問〜円の性質と切り取られる弦の長さ
単元：
#数A#数Ⅱ#大学入試過去問(数学)#図形の性質#周角と円に内接する四角形・円と接線・接弦定理#図形と方程式#円と方程式#学校別大学入試過去問解説(数学)#早稲田大学#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{5}$ 2点A(－$\sqrt 2$－$\sqrt 6$, $\sqrt 2$－$\sqrt 6$), B($\sqrt 2$+$\sqrt 6$, $\sqrt 2$－$\sqrt 6$)と原点O(0, 0)について、$\theta$=$\angle\textrm{AOB}$ とするとき、$\theta$=$\displaystyle\frac{\boxed{ナ}}{\boxed{ニ}}\pi$ である。ただし、0≦$\theta$≦$\pi$ とする。さらに円$x^2$+$y^2$－$2x$－$10y$+22=0 を$C$とする。円$C$上の点P, Qは
$\angle\textrm{APB}$=$\angle\textrm{AQB}$=$\displaystyle\frac{5}{12}\pi$
を満たす点とする。このとき、PQ=$\displaystyle\boxed{ヌ}\sqrt{\frac{\boxed{\ \ ネ\ \ }}{\boxed{\ \ ノ\ \ }}}$ である。
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$\Large\boxed{5}$ 2点A(－$\sqrt 2$－$\sqrt 6$, $\sqrt 2$－$\sqrt 6$), B($\sqrt 2$+$\sqrt 6$, $\sqrt 2$－$\sqrt 6$)と原点O(0, 0)について、$\theta$=$\angle\textrm{AOB}$ とするとき、$\theta$=$\displaystyle\frac{\boxed{ナ}}{\boxed{ニ}}\pi$ である。ただし、0≦$\theta$≦$\pi$ とする。さらに円$x^2$+$y^2$－$2x$－$10y$+22=0 を$C$とする。円$C$上の点P, Qは
$\angle\textrm{APB}$=$\angle\textrm{AQB}$=$\displaystyle\frac{5}{12}\pi$
を満たす点とする。このとき、PQ=$\displaystyle\boxed{ヌ}\sqrt{\frac{\boxed{\ \ ネ\ \ }}{\boxed{\ \ ノ\ \ }}}$ である。
福田のおもしろ数学132〜合成関数のグラフ
単元：
#関数と極限#関数（分数関数・無理関数・逆関数と合成関数）#数学(高校生)#数Ⅲ
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$f(x)$=$\left\{\begin{array}{1}
2x (0≦x≦\frac{1}{2})\\
2-2x (\frac{1}{2}≦x≦1)\\
\end{array}\right.$
$y$=$f(f(x))$ のグラフをかけ。
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$f(x)$=$\left\{\begin{array}{1}
2x (0≦x≦\frac{1}{2})\\
2-2x (\frac{1}{2}≦x≦1)\\
\end{array}\right.$
$y$=$f(f(x))$ のグラフをかけ。
福田の数学〜早稲田大学2024年人間科学部第4問〜関数の増減と接線の傾きの長さ
単元：
#数Ⅱ#大学入試過去問(数学)#微分法と積分法#接線と増減表・最大値・最小値#学校別大学入試過去問解説(数学)#早稲田大学#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{4}$ $f(x)$=$x^3$+$ax^2$+$bx$+$\displaystyle\frac{1}{4}a^2$ が$x$=-2 で極値をとり、その値が1であるとき、定数$a$, $b$の値は$a$=$\boxed{\ \ ソ\ \ }$, $b$=$\boxed{\ \ タ\ \ }$ である。このとき、曲線$y$=$f(x)$上の点$(t, f(t))$における接線の傾きは$t$=$\displaystyle\frac{\boxed{チ}}{\boxed{ツ}}$ のとき、最小値$\displaystyle\frac{\boxed{テ}}{\boxed{ト}}$ をとる。
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$\Large\boxed{4}$ $f(x)$=$x^3$+$ax^2$+$bx$+$\displaystyle\frac{1}{4}a^2$ が$x$=-2 で極値をとり、その値が1であるとき、定数$a$, $b$の値は$a$=$\boxed{\ \ ソ\ \ }$, $b$=$\boxed{\ \ タ\ \ }$ である。このとき、曲線$y$=$f(x)$上の点$(t, f(t))$における接線の傾きは$t$=$\displaystyle\frac{\boxed{チ}}{\boxed{ツ}}$ のとき、最小値$\displaystyle\frac{\boxed{テ}}{\boxed{ト}}$ をとる。
福田のおもしろ数学131〜直角三角形どうしの重なった部分の面積
福田の数学〜早稲田大学2024年人間科学部第3問〜平面へ下ろした垂線の長さ
単元：
#大学入試過去問(数学)#空間ベクトル#空間ベクトル#学校別大学入試過去問解説(数学)#早稲田大学#数学(高校生)#数C
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{3}$ 直方体OABC－DEFGにおける各辺の長さは
OA=CB=DE=GF=1
AB=OC=EF=DG=$\sqrt 2$
OD=AE=BF=CG=$\sqrt 3$
である。点Bから3点O, E, Gを含む平面に下ろした垂線の足をHとする。このとき、$\overrightarrow{\textrm{OH}}$=$\displaystyle\frac{\boxed{ケ}}{\boxed{コ}}\overrightarrow{\textrm{OE}}$+$\displaystyle\frac{\boxed{サ}}{\boxed{シ}}\overrightarrow{\textrm{OG}}$ と表すことができ、$|\overrightarrow{\textrm{BH}}|^2$=$\displaystyle\frac{\boxed{ス}}{\boxed{セ}}$ である。
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$\Large\boxed{3}$ 直方体OABC－DEFGにおける各辺の長さは
OA=CB=DE=GF=1
AB=OC=EF=DG=$\sqrt 2$
OD=AE=BF=CG=$\sqrt 3$
である。点Bから3点O, E, Gを含む平面に下ろした垂線の足をHとする。このとき、$\overrightarrow{\textrm{OH}}$=$\displaystyle\frac{\boxed{ケ}}{\boxed{コ}}\overrightarrow{\textrm{OE}}$+$\displaystyle\frac{\boxed{サ}}{\boxed{シ}}\overrightarrow{\textrm{OG}}$ と表すことができ、$|\overrightarrow{\textrm{BH}}|^2$=$\displaystyle\frac{\boxed{ス}}{\boxed{セ}}$ である。
福田のおもしろ数学130〜合成関数の性質
単元：
#関数と極限#関数（分数関数・無理関数・逆関数と合成関数）#数学(高校生)#数Ⅲ
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$f(x)$=$ax$+$b$, $g(x)$=$cx$+$d$ ($a$≠0, $c$≠0)とする。このとき次の条件を満たす関数$h(x)$, $k(x)$を求めよ。
(1)$g(h(x))$=$f(x)$ (2)$k(g(x))$=$f(x)$
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$f(x)$=$ax$+$b$, $g(x)$=$cx$+$d$ ($a$≠0, $c$≠0)とする。このとき次の条件を満たす関数$h(x)$, $k(x)$を求めよ。
(1)$g(h(x))$=$f(x)$ (2)$k(g(x))$=$f(x)$
福田の数学〜早稲田大学2024年人間科学部第2問〜反復試行と条件付き確率
単元：
#数A#場合の数と確率#確率#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{2}$ $n$を2以上の自然数とする。1から$n$までの番号が1つずつつけられた$n$個の玉が中身の見えない袋に入っている。袋の中から1個の玉を選んで番号を確認して袋に戻すという操作を$n$回繰り返す。この$n$回の操作の中で、1から$n$－1までのいずれの番号の玉も選ばれているとき、番号が$n$の玉も選ばれている条件付き確率を$P(n)$とするとき、$P(3)$=$\frac{\boxed{オ}}{\boxed{カ}}$, $P(50)$=$\frac{\boxed{キ}}{\boxed{ク}}$ である。
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$\Large\boxed{2}$ $n$を2以上の自然数とする。1から$n$までの番号が1つずつつけられた$n$個の玉が中身の見えない袋に入っている。袋の中から1個の玉を選んで番号を確認して袋に戻すという操作を$n$回繰り返す。この$n$回の操作の中で、1から$n$－1までのいずれの番号の玉も選ばれているとき、番号が$n$の玉も選ばれている条件付き確率を$P(n)$とするとき、$P(3)$=$\frac{\boxed{オ}}{\boxed{カ}}$, $P(50)$=$\frac{\boxed{キ}}{\boxed{ク}}$ である。
福田のおもしろ数学129〜三角関数の最大問題
単元：
#数Ⅱ#三角関数#三角関数とグラフ
指導講師：
福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\displaystyle\frac{1+\sin\theta}{2+\cos\theta}$($\theta$は実数)の最大値を求めよ。
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$\displaystyle\frac{1+\sin\theta}{2+\cos\theta}$($\theta$は実数)の最大値を求めよ。
福田の数学〜早稲田大学2024年人間科学部第1問(3)〜指数法則と式の値
単元：
#数Ⅱ#指数関数と対数関数#指数関数#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{1}$ (3)$10^x$=25, $100^y$=400 のとき、$3x$+$6y$－2=$\boxed{エ}$ である。
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$\Large\boxed{1}$ (3)$10^x$=25, $100^y$=400 のとき、$3x$+$6y$－2=$\boxed{エ}$ である。
福田のおもしろ数学128〜灘中学の問題〜展開図から元の立体の体積を求める
福田の数学〜早稲田大学2024年人間科学部第1問(2)〜不等式の表す領域の面積
単元：
#数Ⅰ#２次関数#2次関数とグラフ#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{1}$ (2)次の連立不等式で表される領域の面積は$\boxed{イ}$+$\boxed{ウ}\pi$ である。
$\left\{\begin{array}{1}
x^2+y^2≦4|x|+4|y|\\
x^2≦y^2\\
\end{array}\right.$
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$\Large\boxed{1}$ (2)次の連立不等式で表される領域の面積は$\boxed{イ}$+$\boxed{ウ}\pi$ である。
$\left\{\begin{array}{1}
x^2+y^2≦4|x|+4|y|\\
x^2≦y^2\\
\end{array}\right.$
福田のおもしろ数学127〜こんな漸化式解けるの？〜難しい漸化式の解き方
単元：
#数列#漸化式#数学(高校生)#数B
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$a_1$=$\displaystyle\frac{1}{2}$, $a_{n+1}$=$\sqrt{\displaystyle\frac{a_n+1}{2}}$ を満たす数列$\left\{a_n\right\}$の一般項$a_n$を求めよ。
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$a_1$=$\displaystyle\frac{1}{2}$, $a_{n+1}$=$\sqrt{\displaystyle\frac{a_n+1}{2}}$ を満たす数列$\left\{a_n\right\}$の一般項$a_n$を求めよ。
福田の数学〜早稲田大学2024年人間科学部第1問(1)〜4次式の最小値
単元：
#大学入試過去問(数学)#学校別大学入試過去問解説(数学)#早稲田大学#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{1}$ (1)$x$が実数であるとき、$x(x+1)(x+2)(x+3)$ の最小値は$\boxed{\ \ ア\ \ }$である。
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$\Large\boxed{1}$ (1)$x$が実数であるとき、$x(x+1)(x+2)(x+3)$ の最小値は$\boxed{\ \ ア\ \ }$である。
福田のおもしろ数学126〜条件付き最大値の問題
単元：
#数Ⅱ#微分法と積分法#接線と増減表・最大値・最小値#数学(高校生)
指導講師：
福田次郎
問題文全文(内容文)：
正の数$x$, $y$が$x^2$－$2x$+$4y^2$=0 を満たして変わるとき、$xy$の最大値を求めよ。
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正の数$x$, $y$が$x^2$－$2x$+$4y^2$=0 を満たして変わるとき、$xy$の最大値を求めよ。
福田の数学〜一橋大学2024年文系第5問〜円の中心を含む三角形になる確率
単元：
#数A#場合の数と確率#確率#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{5}$ $n$を3以上の奇数とする。円に内接する正$n$角形の頂点から無作為に相異なる3点を選んだ時、その3点を頂点とする三角形の内部に円の中心が含まれる確率$p_n$を求めよ。
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$\Large\boxed{5}$ $n$を3以上の奇数とする。円に内接する正$n$角形の頂点から無作為に相異なる3点を選んだ時、その3点を頂点とする三角形の内部に円の中心が含まれる確率$p_n$を求めよ。
福田のおもしろ数学125〜池の周りを回る3人の速さ
単元：
#算数(中学受験)#過去問解説(学校別)#速さ#旅人算・通過算・流水算#麻布中学
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問題文全文(内容文)：
池の周りをA君とB君は同じ方向に、C君は逆方向に、それぞれ一定の速さで周ります。A君はB君を15分ごとに追い越し、B君はC君と2分ごとに出会います。B君が7分かかって走る距離をC君は8分で走ります。このとき、A君とC君の速さの比を求めなさい。
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池の周りをA君とB君は同じ方向に、C君は逆方向に、それぞれ一定の速さで周ります。A君はB君を15分ごとに追い越し、B君はC君と2分ごとに出会います。B君が7分かかって走る距離をC君は8分で走ります。このとき、A君とC君の速さの比を求めなさい。
福田の数学〜一橋大学2024年文系第4問〜ひし形になる条件と面積の最小
単元：
#数Ⅰ#図形と計量#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{4}$ 実数$a$,$b$は-1<$a$<1, -1<$b$<1 を満たす。座標空間内に4点A($a$, -1, -1), B(-1, $b$, -1), C($-a$, 1, 1), D(1, $-b$, 1)をとる。
(1)A, B, C, Dがひし形の頂点となるとき、$a$と$b$の会計を表す等式を求めよ。
(2)$a$, $b$が(1)の等式を満たすとき、A, B, C, Dを頂点とする四角形の面積の最小値を求めよ。
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$\Large\boxed{4}$ 実数$a$,$b$は-1<$a$<1, -1<$b$<1 を満たす。座標空間内に4点A($a$, -1, -1), B(-1, $b$, -1), C($-a$, 1, 1), D(1, $-b$, 1)をとる。
(1)A, B, C, Dがひし形の頂点となるとき、$a$と$b$の会計を表す等式を求めよ。
(2)$a$, $b$が(1)の等式を満たすとき、A, B, C, Dを頂点とする四角形の面積の最小値を求めよ。
福田のおもしろ数学124〜展開図から立体の体積を求める
福田の数学〜一橋大学2024年文系第3問〜多項式の商と余り
単元：
#数Ⅱ#剰余の定理・因数定理・組み立て除法と高次方程式#一橋大学#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{3}$ $f(x)$は$x$に関する4次方程式で4次の係数は1である。$f(x)$は$(x+1)^2$で割ると1余り、$(x-1)^2$で割ると2余る。$f(x)$を求めよ。
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$\Large\boxed{3}$ $f(x)$は$x$に関する4次方程式で4次の係数は1である。$f(x)$は$(x+1)^2$で割ると1余り、$(x-1)^2$で割ると2余る。$f(x)$を求めよ。
福田のおもしろ数学123〜どうして積分すると面積が求まるのでしょう？
単元：
#数Ⅱ#微分法と積分法#数学(高校生)
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問題文全文(内容文)：
$f(x)$は常に正の値をとる連続な増加関数とする。このとき$y$=$f(x)$のグラフと$x$軸、直線$x$=$a$, $x$=$b$で囲まれる部分の面積を$S$とすると$S$=$\displaystyle\int_a^bf(x)dx$であることを証明せよ。
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$f(x)$は常に正の値をとる連続な増加関数とする。このとき$y$=$f(x)$のグラフと$x$軸、直線$x$=$a$, $x$=$b$で囲まれる部分の面積を$S$とすると$S$=$\displaystyle\int_a^bf(x)dx$であることを証明せよ。
福田の数学〜一橋大学2024年文系第2問〜2つの放物線が共有点で接線直交する条件
単元：
#数Ⅱ#大学入試過去問(数学)#微分法と積分法#学校別大学入試過去問解説(数学)#一橋大学#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{2}$ $a$, $b$を実数とする。曲線$C$：$y$=$x^2$ と曲線$C'$：$y$=$-x^2$+$ax$+$b$はある点を共有しており、その点におけるそれぞれの接線は直交している。$C$と$C'$で囲まれた部分の面積の最小値を求めよ。
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$\Large\boxed{2}$ $a$, $b$を実数とする。曲線$C$：$y$=$x^2$ と曲線$C'$：$y$=$-x^2$+$ax$+$b$はある点を共有しており、その点におけるそれぞれの接線は直交している。$C$と$C'$で囲まれた部分の面積の最小値を求めよ。
福田のおもしろ数学122〜どれがどれですか？該当する関数を見つけてください
単元：
#数Ⅱ#三角関数#指数関数と対数関数#三角関数とグラフ
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\begin{array}{|c|c|c|c|}
\hline
x & a & b & c\\ \hline
f_1(x) & 0.980 & 0.921 & 0.825 \\ \hline
f_2(x) & 0.063 & 0.251 & 0.565 \\ \hline
f_3(x) & 0.803 & 0.644 & 0.517 \\ \hline
f_4(x) & 0.199 & 0.389 & 0.565 \\ \hline
\end{array}$
上の数表において、$f_1(x)$, $f_2(x)$, $f_3(x)$, $f_4(x)$は関数
$\sin x$, $\cos x$, $\frac{\pi}{2}x^2$, $3^{-x}$
のうちのどれかである。どれがどれか？
ただし、$a$, $b$, $c$は0<$a$<$b$<$c$<$\frac{\pi}{2}$, $b$=$\frac{a+c}{2}$ を満たし、数値はどれも小数第4位を四捨五入してある。
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$\begin{array}{|c|c|c|c|}
\hline
x & a & b & c\\ \hline
f_1(x) & 0.980 & 0.921 & 0.825 \\ \hline
f_2(x) & 0.063 & 0.251 & 0.565 \\ \hline
f_3(x) & 0.803 & 0.644 & 0.517 \\ \hline
f_4(x) & 0.199 & 0.389 & 0.565 \\ \hline
\end{array}$
上の数表において、$f_1(x)$, $f_2(x)$, $f_3(x)$, $f_4(x)$は関数
$\sin x$, $\cos x$, $\frac{\pi}{2}x^2$, $3^{-x}$
のうちのどれかである。どれがどれか？
ただし、$a$, $b$, $c$は0<$a$<$b$<$c$<$\frac{\pi}{2}$, $b$=$\frac{a+c}{2}$ を満たし、数値はどれも小数第4位を四捨五入してある。
福田の数学〜一橋大学2024年文系第1問〜シグマが2024になるような2変数の値
単元：
#数A#大学入試過去問(数学)#整数の性質#約数・倍数・整数の割り算と余り・合同式#数列#数列とその和（等差・等比・階差・Σ）#学校別大学入試過去問解説(数学)#一橋大学#数学(高校生)#数B
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{1}$ $\displaystyle\sum_{k=1}^mk(n-2k)$=2024 を満たす正の整数の組($m$, $n$)を求めよ。
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$\Large\boxed{1}$ $\displaystyle\sum_{k=1}^mk(n-2k)$=2024 を満たす正の整数の組($m$, $n$)を求めよ。
福田のおもしろ数学121〜この賭けは有理か不利か
単元：
#数A#場合の数と確率#確率#数学(高校生)
指導講師：
福田次郎
問題文全文(内容文)：
2つのサイコロを25回投げるとき少なくとも1回は両方のサイコロの目が共に6となる確率$p$を求めよ。
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2つのサイコロを25回投げるとき少なくとも1回は両方のサイコロの目が共に6となる確率$p$を求めよ。
福田の数学〜東北大学2024年文系第4問〜連立漸化式と不定方程式の整数解
単元：
#数列#数列とその和（等差・等比・階差・Σ）#数学(高校生)#数B
指導講師：
福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large\boxed{4}$ $n$を正の整数とする。2つの整数$a_n$, $b_n$を条件
$(1+\sqrt 2)^n$=$a_n$+$b_n\sqrt 2$
により定める。ここで$\sqrt 2$は無理数なので、このような整数の組($a_n$, $b_n$)はただ1つに定まる。
(1)$a_{n+1}$, $b_{n+1}$を$a_n$, $b_n$を用いてそれぞれ表せ。さらに$b_4$, $b_5$, $b_6$の値をそれぞれ求めよ。
(2)等式$(1-\sqrt 2)^n$=$a_n$－$b_n\sqrt 2$ が成り立つことを数学的帰納法を用いて示せ。
(3)$n$≧2 のとき、$b_{n+1}b_{n-1}$－$b_n^2$ を求めよ。
(4)$pb_6$－$qb_5$=1, 0≦$p$≦100, 0≦$q$≦100 をすべて満たす整数$p$, $q$の組($p$, $q$)を1組求めよ。
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$\Large\boxed{4}$ $n$を正の整数とする。2つの整数$a_n$, $b_n$を条件
$(1+\sqrt 2)^n$=$a_n$+$b_n\sqrt 2$
により定める。ここで$\sqrt 2$は無理数なので、このような整数の組($a_n$, $b_n$)はただ1つに定まる。
(1)$a_{n+1}$, $b_{n+1}$を$a_n$, $b_n$を用いてそれぞれ表せ。さらに$b_4$, $b_5$, $b_6$の値をそれぞれ求めよ。
(2)等式$(1-\sqrt 2)^n$=$a_n$－$b_n\sqrt 2$ が成り立つことを数学的帰納法を用いて示せ。
(3)$n$≧2 のとき、$b_{n+1}b_{n-1}$－$b_n^2$ を求めよ。
(4)$pb_6$－$qb_5$=1, 0≦$p$≦100, 0≦$q$≦100 をすべて満たす整数$p$, $q$の組($p$, $q$)を1組求めよ。
福田のおもしろ数学120〜n変数の条件付き最大最小問題
単元：
#微分とその応用#関数の変化（グラフ・最大最小・方程式・不等式）#数学(高校生)#数Ⅲ
指導講師：
福田次郎
問題文全文(内容文)：
実数$x_1$,$x_2$,...,$x_n$が$x_1^2$+$x_2^2$+...+$x_n^2$=1 を満たすとき、$x_1^2$+$2x_2^2$+...+$nx_n^2$ の最大値と最小値を求めよ。
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実数$x_1$,$x_2$,...,$x_n$が$x_1^2$+$x_2^2$+...+$x_n^2$=1 を満たすとき、$x_1^2$+$2x_2^2$+...+$nx_n^2$ の最大値と最小値を求めよ。
福田の数学〜東北大学2024年文系第2問〜75°の三角比と図形の計量
単元：
#数A#数Ⅱ#大学入試過去問(数学)#図形の性質#方べきの定理と２つの円の関係#三角関数#加法定理とその応用#学校別大学入試過去問解説(数学)#東北大学#数学(高校生)
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福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large{\boxed{2}}$ $a$, $b$, $d$を正の実数とし、$xy$平面上の点O(0,0), A($a$,0), B($b$,0), D(0,$d$)が次の条件をすべて満たすとする。
$\angle OAD$=15°, $\angle OBD$=75°, AB=6
以下の問いに答えよ。
(1)$\tan 75°$の値を求めよ。
(2)$a$, $b$, $d$の値をそれぞれ求めよ。
(3)2点O, Dを直径の両端とする円をCとする。線分ADとCの交点のうちDと異なるものをPとする。また、線分BDとCの交点のうちDと異なるものをQとする。このとき、方べきの定理AP・AD=$\textrm{AO}^2$, BP・BD=$\textrm{BO}^2$ を示せ。
(4)(3)の点P,Qに対し、積AP・BQの値を求めよ。
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$\Large{\boxed{2}}$ $a$, $b$, $d$を正の実数とし、$xy$平面上の点O(0,0), A($a$,0), B($b$,0), D(0,$d$)が次の条件をすべて満たすとする。
$\angle OAD$=15°, $\angle OBD$=75°, AB=6
以下の問いに答えよ。
(1)$\tan 75°$の値を求めよ。
(2)$a$, $b$, $d$の値をそれぞれ求めよ。
(3)2点O, Dを直径の両端とする円をCとする。線分ADとCの交点のうちDと異なるものをPとする。また、線分BDとCの交点のうちDと異なるものをQとする。このとき、方べきの定理AP・AD=$\textrm{AO}^2$, BP・BD=$\textrm{BO}^2$ を示せ。
(4)(3)の点P,Qに対し、積AP・BQの値を求めよ。
福田のおもしろ数学119〜アイデア募集〜対数の大小比較
福田の数学〜東北大学2024年理系第6問〜円錐の側面と平面の交わりの曲線
単元：
#積分とその応用#定積分#数学(高校生)#数Ⅲ
指導講師：
福田次郎
問題文全文(内容文)：
$\Large{\boxed{6}}$ $xyz$空間内の$xy$平面上にある円C：$x^2$+$y^2$=1および円盤D：$x^2$+$y^2$≦1を考える。Dを底面とし点P(0,0,1)を頂点とする円錐をKとする。A(0,-1,0), B(0,1,0)とする。$xyz$空間内の平面H：$z$=$x$を考える。すなわち、Hは$xz$平面上の直線$z$=$x$と線分ABをともに含む平面である。Kの側面とHの交わりとしてできる曲線をEとする。$-\frac{\pi}{2}$≦$\theta$≦$\frac{\pi}{2}$を満たす実数$\theta$に対し、円C上の点Q($\cos\theta$,$\sin\theta$,0)をとり、線分PQとEの共有点をRとする。
(1)線分PRの長さを$r(\theta)$とおく。$r(\theta)$を$\theta$を用いて表せ。
(2)円錐Kの側面のうち、曲線Eの点Aから点Rまでを結ぶ部分、線分PA、および線分PRにより囲まれた部分の面積を$S(\theta)$とおく。$\theta$と実数$h$が条件0≦$\theta$＜$\theta$+$h$≦$\frac{\pi}{2}$ を満たすとき、次の不等式が成り立つことを示せ。
$\frac{h\left\{r(\theta)\right\}^2}{2\sqrt 2}$≦$S(\theta+h)-S(\theta)$≦$\frac{h\left\{r(\theta+h)\right\}^2}{2\sqrt 2}$
(3)円錐Kの側面のうち、円Cの$x$≧0の部分と曲線Eにより囲まれた部分の面積をTとおく。Tを求めよ。必要であれば$\tan\frac{\theta}{2}$=$uとおく置換積分を用いてもよい。
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$\Large{\boxed{6}}$ $xyz$空間内の$xy$平面上にある円C：$x^2$+$y^2$=1および円盤D：$x^2$+$y^2$≦1を考える。Dを底面とし点P(0,0,1)を頂点とする円錐をKとする。A(0,-1,0), B(0,1,0)とする。$xyz$空間内の平面H：$z$=$x$を考える。すなわち、Hは$xz$平面上の直線$z$=$x$と線分ABをともに含む平面である。Kの側面とHの交わりとしてできる曲線をEとする。$-\frac{\pi}{2}$≦$\theta$≦$\frac{\pi}{2}$を満たす実数$\theta$に対し、円C上の点Q($\cos\theta$,$\sin\theta$,0)をとり、線分PQとEの共有点をRとする。
(1)線分PRの長さを$r(\theta)$とおく。$r(\theta)$を$\theta$を用いて表せ。
(2)円錐Kの側面のうち、曲線Eの点Aから点Rまでを結ぶ部分、線分PA、および線分PRにより囲まれた部分の面積を$S(\theta)$とおく。$\theta$と実数$h$が条件0≦$\theta$＜$\theta$+$h$≦$\frac{\pi}{2}$ を満たすとき、次の不等式が成り立つことを示せ。
$\frac{h\left\{r(\theta)\right\}^2}{2\sqrt 2}$≦$S(\theta+h)-S(\theta)$≦$\frac{h\left\{r(\theta+h)\right\}^2}{2\sqrt 2}$
(3)円錐Kの側面のうち、円Cの$x$≧0の部分と曲線Eにより囲まれた部分の面積をTとおく。Tを求めよ。必要であれば$\tan\frac{\theta}{2}$=$uとおく置換積分を用いてもよい。