2018年度 大学入試センター試験 本試験 数学Ⅱ 解答・解説

2018年度 大学入試センター試験 本試験「数学Ⅱ」の解答と解説です。全設問の正解と考え方を一問ずつ解説し、公式の解答PDFもあわせて掲載しています。大学受験の森が独自に作成した、無料で読める解説です。

目次
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解答

解説

2018年度 大学入試センター試験 本試験「数学Ⅱ」の全設問について、正解と考え方を解説します。第1問〜第4問はすべて必答です(計100点)。第1問・第2問は「数学Ⅱ・数学B」と同一の問題です。各設問の見出しをタップすると解説が開きます。

第1問 〔1〕 三角関数(弧度法と合成)

弧度法の定義から入って、(3) は「2sin(θ+π/5) − 2cos(θ+π/30)=1」という一見ややこしい式。x=θ+π/5 と置くと第2項が cos(x−π/6) になり、加法定理でほどけば sin x − √3cos x という素直な形に落ちます。

ア:正解 ②(配点1)

<問題要旨>
1ラジアンの定義を選びます。

<考え方>
弧度法は「弧の長さ ÷ 半径」で角を測る方法。半径1で弧の長さが1のときの中心角が1ラジアンです。

半径 r, 中心角 θ(ラジアン)の扇形の弧の長さ ℓ は ℓ = rθ

r = 1, ℓ = 1 のとき θ = 1

→ ② 半径が1、弧の長さが1の扇形の中心角の大きさ
イ/ウ:正解 4/5(配点2)

<問題要旨>
144° を弧度で表します。

<考え方>
180° = π ラジアンで換算します。

144° = 144 × (π/180) ラジアン
 = (144/180)π
 = (4/5)π
エオカ°:正解 345°(配点2)

<問題要旨>
(23/12)π ラジアンを度で表します。

<考え方>
今度は π ラジアン = 180° を代入します。

(23/12)π ラジアン = (23/12) × 180°
 = 23 × 15°
 = 345°
キ:正解 6(配点2)

<問題要旨>
x=θ+π/5 とおいたとき、cos(θ+π/30) を cos(x − π/◻) の形に直します。

<考え方>
θ = x − π/5 を代入して、分母を30にそろえます。

θ = x − π/5 なので

θ + π/30 = x − π/5 + π/30
 = x − 6π/30 + π/30
 = x − 5π/30
 = x − π/6
ク:正解 3(配点2)

<問題要旨>
加法定理を使って、①を sin x − √◻ cos x = 1 の形に直します。

<考え方>
cos(x − π/6) を展開してから整理します。

cos(x − π/6) = cos x cos(π/6) + sin x sin(π/6)
 = (√3/2)cos x + (1/2)sin x

2sin x − 2cos(x − π/6)
 = 2sin x − √3 cos x − sin x
 = sin x − √3 cos x

sin x − √3 cos x = 1
sin(x−π/ケ)=1/コ:正解 sin(x−π/3)=1/2(配点3)

<問題要旨>
三角関数の合成で さらに変形します。

<考え方>
係数が (1, −√3) なので振幅は 2、位相のずれは π/3 です。

sin x − √3 cos x = √(1² + (√3)²) sin(x − α)
  cosα = 1/2, sinα = √3/2 より α = π/3

2 sin(x − π/3) = 1

sin(x − π/3) = 1/2
サシ/スセ:正解 29/30(配点3)

<問題要旨>
π/2 ≦ θ ≦ π の範囲で①を満たす θ を求めます。

<考え方>
x − π/3 の動く範囲をきちんと押さえてから、その中で sin が 1/2 になる角を拾います。範囲の端が微妙なので、分母を30にそろえて比べるのが安全です。

π/2 ≦ θ ≦ π, x = θ + π/5 より
 7π/10 ≦ x ≦ 6π/5

u = x − π/3 とおくと
 7π/10 − π/3 ≦ u ≦ 6π/5 − π/3
 11π/30 ≦ u ≦ 26π/30

sin u = 1/2 となるのは u = π/6 (= 5π/30), 5π/6 (= 25π/30)
範囲に入るのは u = 25π/30 = 5π/6 のみ

x = 5π/6 + π/3 = 7π/6
θ = x − π/5 = 7π/6 − π/5 = (35π − 6π)/30 = 29π/30

第1問 〔2〕 指数・対数(対数をとって2次不等式に直す)

x の指数に log₃x が乗っている不等式です。3を底とする対数をとり t=log₃x とおくと、t の2次不等式に化けます。後半は「すべての実数 t で成り立つ」=判別式 ≦ 0、という定番の言い換えです。

t^ソ−タt:正解 t²−3t(配点3)

<問題要旨>
②の両辺の3を底とする対数をとって、t=log₃x の不等式に直します。

<考え方>
log₃(x^(log₃x)) = (log₃x)² = t²、log₃((x/c)³) = 3(log₃x − log₃c) です。

(左辺) log₃(x^{log₃x}) = (log₃x)·(log₃x) = t²
(右辺) log₃((x/c)³) = 3{log₃x − log₃c} = 3t − 3log₃c

t² ≧ 3t − 3log₃c

t² − 3t + 3log₃c ≧ 0   …③
t ≦ チ,t ≧ ツ:正解 t ≦ 1,t ≧ 2(配点2)

<問題要旨>
c=∛9 のとき、③を満たす t の範囲を求めます。

<考え方>
∛9 = 3^(2/3) なので log₃c = 2/3。代入すると因数分解できる2次不等式になります。

c = ∛9 = 3^{2/3} より log₃c = 2/3

t² − 3t + 3·(2/3) ≧ 0
t² − 3t + 2 ≧ 0
(t − 1)(t − 2) ≧ 0

t ≦ 1, t ≧ 2
テ:正解 0(配点1)

<問題要旨>
真数の条件から x の下限を求めます。

<考え方>
log₃x が現れるので x > 0 が必要です。

t = log₃x が定義されるためには x > 0

よって x > 0
x ≦ ト,x ≧ ナ:正解 x ≦ 3,x ≧ 9(配点1)

<問題要旨>
t の範囲を x の範囲に戻します。

<考え方>
t = log₃x は増加関数なので、不等号の向きはそのままです。

t ≦ 1 ⟺ log₃x ≦ 1 ⟺ x ≦ 3
t ≧ 2 ⟺ log₃x ≧ 2 ⟺ x ≧ 9

真数条件 x > 0 とあわせて
0 < x ≦ 3, x ≧ 9
ニ:正解 ②(配点2)

<問題要旨>
x > 0 の範囲を動くとき、t のとり得る値の範囲を選びます。

<考え方>
log₃x の値域は実数全体です。

x > 0 のとき t = log₃x は実数全体をとる

→ ② 実数全体
ヌ/ネ:正解 3/4(配点3)

<問題要旨>
③がすべての実数 t で成り立つための log₃c の条件を求めます。

<考え方>
下に凸の2次関数がつねに0以上 ⟺ 判別式 ≦ 0 です。

t² − 3t + 3log₃c ≧ 0 がすべての実数 t で成立
⟺ 判別式 D ≦ 0

D = 9 − 4·3log₃c = 9 − 12log₃c ≦ 0
12log₃c ≧ 9

log₃c ≧ 3/4
ノ√(ハヒ):正解 ⁴√27(配点3)

<問題要旨>
これを c の条件に書き直します。

<考え方>
log₃c ≧ 3/4 ⟺ c ≧ 3^(3/4)。累乗根の形に直します。

log₃c ≧ 3/4 ⟺ c ≧ 3^{3/4}

3^{3/4} = (3³)^{1/4} = ⁴√27

c ≧ ⁴√27

第2問 〔1〕 微分・積分(放物線・接線と面積の差の増減)

放物線 C が直線 ℓ に A(1, 1) で接する、という設定です。C−ℓ が p(x−1)² という完全平方になるのが全体の鍵。面積 S, T をそれぞれ v の式にして、U=S−T の増減を調べます。

ア:正解 2(配点1)

<問題要旨>
点 A における C の接線 ℓ の傾きを求めます。

<考え方>
ℓ:y=2x−1 の傾きをそのまま読むだけです。

ℓ: y = 2x − 1

接線 ℓ の傾きは 2
イウp+エ:正解 −2p+2(配点2)

<問題要旨>
q を p を用いて表します。

<考え方>
C を微分して x=1 での値が 2 になる、とします。

y = px² + qx + r,  y' = 2px + q

x = 1 での接線の傾きが 2 なので
2p + q = 2

q = −2p + 2
オ:正解 1(配点2)

<問題要旨>
r を p を用いて表します。

<考え方>
C が A(1, 1) を通ることを使います。

p·1² + q·1 + r = 1
p + (−2p + 2) + r = 1
−p + 2 + r = 1

r = p − 1
(p/カ)(v³−キv²+クv−ケ):正解 (p/3)(v³−3v²+3v−1)(配点4)

<問題要旨>
C と ℓ および直線 x=v で囲まれた図形の面積 S を求めます。

<考え方>
C の式から ℓ の式を引くと、接するので完全平方 p(x−1)² になります。あとは 1 から v まで積分するだけです。

(C) − (ℓ) = px² + qx + r − (2x − 1)
 = px² + (−2p + 2)x + (p − 1) − 2x + 1
 = px² − 2px + p
 = p(x − 1)²

S = ∫₁^v p(x − 1)² dx = p[(x − 1)³/3]₁^v
 = (p/3)(v − 1)³
 = (p/3)(v³ − 3v² + 3v − 1)
コ:正解 2(配点2)

<問題要旨>
x 軸と ℓ および2直線 x=1, x=v で囲まれた図形の面積 T を求めます。

<考え方>
1 ≦ x ≦ v では ℓ の y 座標は正なので、そのまま積分します。

ℓ: y = 2x − 1 は x ≧ 1 で y ≧ 1 > 0

T = ∫₁^v (2x − 1) dx = [x² − x]₁^v
 = (v² − v) − (1 − 1)
 = v² − v
サ:正解 3(配点3)

<問題要旨>
U=S−T が v=2 で極値をとるときの p を求めます。

<考え方>
U を微分して v=2 で 0 とおきます。

U = (p/3)(v − 1)³ − v² + v
U' = p(v − 1)² − 2v + 1

U'(2) = p·1 − 4 + 1 = p − 3 = 0

p = 3
(シ+√ス)/セ:正解 (3+√5)/2(配点3)

<問題要旨>
v > 1 の範囲で U=0 となる v の値 v₀ を求めます。

<考え方>
p=3 を代入すると U が (v−1) でくくれます。残りの2次式を解き、v > 1 のものを採ります。

p = 3 のとき
U = (v − 1)³ − v² + v
 = (v − 1)³ − v(v − 1)
 = (v − 1){(v − 1)² − v}
 = (v − 1)(v² − 3v + 1)

v > 1 で U = 0 ⟺ v² − 3v + 1 = 0
v = (3 ± √5)/2

(3 − √5)/2 = 0.38… は v > 1 を満たさない

v₀ = (3 + √5)/2
ソ:正解 ③(配点2)

<問題要旨>
1 < v < v₀ の範囲で U がどうなるかを選びます。

<考え方>
因数分解した形のまま符号を調べます。

U = (v − 1)(v² − 3v + 1)

1 < v < v₀ = (3 + √5)/2 のとき
 v − 1 > 0
 v² − 3v + 1 < 0(2解 (3±√5)/2 の間にある)

よって U < 0、つまり負の値のみをとる → ③
タチ:正解 −1(配点3)

<問題要旨>
p=3 のとき、v > 1 における U の最小値を求めます。

<考え方>
U′ を因数分解して増減表を作ります。

U' = 3(v − 1)² − 2v + 1
 = 3v² − 6v + 3 − 2v + 1
 = 3v² − 8v + 4
 = (3v − 2)(v − 2)

v > 1 では
 1 < v < 2 で U' < 0(減少)
 v > 2 で U' > 0(増加)

v = 2 で最小
U(2) = (2 − 1)³ − 2² + 2 = 1 − 4 + 2 = −1

第2問 〔2〕 積分(面積から被積分関数を復元する)

「面積 W が t の式で与えられているとき、もとの f(x) を求める」という逆向きの問題です。f(x) ≦ 0 なので W = −∫f、つまり W = −F(t)+F(1)。両辺を t で微分すれば f(t) が出ます。

ツ:正解 ⑦(配点1)

<問題要旨>
F(x) を f(x) の不定積分とするとき、F′(x) を選びます。

<考え方>
不定積分の定義そのものです。

F(x) が f(x) の不定積分 ⟺ F'(x) = f(x)

→ ⑦
テ:正解 ④(配点3)

<問題要旨>
W を F を用いて表します。

<考え方>
x ≧ 1 で f(x) ≦ 0 なので、曲線は x 軸の下側。面積は −∫f になります。

x ≧ 1 で f(x) ≦ 0 なので

W = ∫₁^t {0 − f(x)} dx
 = −[F(x)]₁^t
 = −F(t) + F(1)

→ ④
トナt^ニ+ヌ:正解 −6t²+2(配点4)

<問題要旨>
t > 1 における f(t) を求めます。

<考え方>
二等辺三角形の高さを三平方の定理で出して W を t の式にし、W=−F(t)+F(1) の両辺を t で微分します。

二等辺三角形は底辺 2t² − 2、等辺 t² + 1
高さ = √{(t² + 1)² − (t² − 1)²}
  = √{(t⁴ + 2t² + 1) − (t⁴ − 2t² + 1)}
  = √(4t²) = 2t

W = (1/2)(2t² − 2)(2t) = 2t³ − 2t

−F(t) + F(1) = 2t³ − 2t
両辺を t で微分して
−f(t) = 6t² − 2

f(t) = −6t² + 2

第3問 図形と方程式(重心の軌跡と線分までの距離)

直線 ℓ₁ と円 C₁ から出発し、C₁ 上の点 P に対する △ABP の重心 G の軌跡(円 C₂)を求め、最後は「C₂ 上の点 Q と 線分 AB 上の点 R の距離」の最小・最大を出します。最小値は「中心から直線までの距離 − 半径」、最大値は「中心から端点までの距離 + 半径」。ℓ₂ が線分 AB と交わることを確かめる手順が入っているのがていねいです。

x−アy+イ:正解 x−3y+1(配点2)

<問題要旨>
2点 A(−1, 0), B(2, 1) を通る直線 ℓ₁ の方程式を求めます。

<考え方>
傾きを出して点 A を通る形にし、指定の形へ整理します。

傾き = (1 − 0)/(2 − (−1)) = 1/3

y − 0 = (1/3)(x + 1)
3y = x + 1

x − 3y + 1 = 0
(ウエ,オ):正解 (−3,6)(配点1)

<問題要旨>
円 C₁ の中心を求めます。

<考え方>
x, y それぞれ平方完成します。

x² + y² + 6x − 12y + 36 = 0
(x + 3)² − 9 + (y − 6)² − 36 + 36 = 0
(x + 3)² + (y − 6)² = 9

中心 (−3, 6)
カ:正解 3(配点1)

<問題要旨>
C₁ の半径を求めます。

<考え方>
平方完成した右辺の平方根です。

(x + 3)² + (y − 6)² = 9

半径 = √9 = 3
キs−ク:正解 3s−1(配点2)

<問題要旨>
重心 G(s, t) に対して、P の x 座標 a を s で表します。

<考え方>
重心の x 座標は3頂点の x 座標の平均です。

s = {(−1) + 2 + a}/3 = (1 + a)/3

3s = 1 + a

a = 3s − 1
ケt−コ:正解 3t−1(配点2)

<問題要旨>
同じく b を t で表します。

<考え方>
y 座標についても同じことをします。

t = (0 + 1 + b)/3 = (1 + b)/3

3t = 1 + b

b = 3t − 1
(サシ/ス,セ/ソ):正解 (−2/3,7/3)(配点2)

<問題要旨>
P が C₁ 上を動くときの G の軌跡(円 C₂)の中心を求めます。

<考え方>
P(a, b) が C₁ の式を満たすことに a=3s−1, b=3t−1 を代入します。9 でくくれます。

(a + 3)² + (b − 6)² = 9 に代入
(3s − 1 + 3)² + (3t − 1 − 6)² = 9
(3s + 2)² + (3t − 7)² = 9
9(s + 2/3)² + 9(t − 7/3)² = 9

(s + 2/3)² + (t − 7/3)² = 1

中心 (−2/3, 7/3)
タ:正解 1(配点1)

<問題要旨>
C₂ の半径を求めます。

<考え方>
上の式の右辺です。

(s + 2/3)² + (t − 7/3)² = 1

半径 = 1
チx+ツy−1:正解 9x+3y−1(配点2)

<問題要旨>
C₂ の中心を通り ℓ₁ に垂直な直線 ℓ₂ の方程式を求めます。

<考え方>
ℓ₁ の傾きが 1/3 なので、垂直な直線の傾きは −3 です。

ℓ₁: x − 3y + 1 = 0 の傾きは 1/3
垂直な直線の傾きは −3

y − 7/3 = −3(x + 2/3)
y = −3x − 2 + 7/3 = −3x + 1/3
3y = −9x + 1

9x + 3y − 1 = 0
テ:正解 2(配点1)

<問題要旨>
ℓ₁ と ℓ₂ の交点が線分 AB を 1:◻ に内分することを求めます。

<考え方>
交点を連立で出し、A から B への位置の割合を見ます。

x − 3y + 1 = 0 より x = 3y − 1
9(3y − 1) + 3y − 1 = 0
30y = 10 → y = 1/3, x = 0

交点は (0, 1/3)

A(−1, 0), B(2, 1) について
 x の進み具合 = (0 − (−1))/(2 − (−1)) = 1/3

AB を 1 : 2 に内分している(=線分 AB 上にある)
ト√(ナニ)/ヌ−タ:正解 2√10/3−1(配点2)

<問題要旨>
QR の長さの最小値を求めます。

<考え方>
ℓ₂ が線分 AB と交わるので、最小値は「C₂ の中心と直線 ℓ₁ の距離 − C₂ の半径」になります。

点と直線の距離の公式(ℓ₁: x − 3y + 1 = 0、中心 (−2/3, 7/3))

d = |(−2/3) − 3·(7/3) + 1|/√(1² + (−3)²)
 = |−2/3 − 7 + 1|/√10
 = (20/3)/√10
 = 20/(3√10) = 2√10/3

最小値 = d − 半径 = 2√10/3 − 1
(ネ,ノ):正解 (2,1)(配点2)

<問題要旨>
QR が最大となるときの R の座標を求めます。

<考え方>
最大は「中心から R までの距離」が最大のとき。R は線分 AB 上を動くので、端点 A か B のどちらかです。

中心 (−2/3, 7/3) からの距離

A(−1, 0) まで
 √{(−1 + 2/3)² + (0 − 7/3)²} = √(1/9 + 49/9) = √(50/9) = 5√2/3 = 2.357…

B(2, 1) まで
 √{(2 + 2/3)² + (1 − 7/3)²} = √(64/9 + 16/9) = √(80/9) = 4√5/3 = 2.981…

大きいのは B なので R = (2, 1)
ハ√ヒ/フ+タ:正解 4√5/3+1(配点2)

<問題要旨>
QR の長さの最大値を求めます。

<考え方>
「中心から R までの距離 + 半径」です。

最大値 = 4√5/3 + 1

第4問 複素数と方程式(虚数解をもつ3次方程式)

実数係数の3次方程式が虚数 −1+√6 i を解にもつ、という設定です。代入して実部・虚部をそれぞれ0とおけば b, c が a で表せます。共役な虚数解を根にもつ2次式 x²+2x+7 で割ると余りが0になり、残りの1次因数から実数解が出ます。

アイa−b+c+ウエ:正解 −5a−b+c+17(配点3)

<問題要旨>
P(−1+√6 i) を計算したときの実部を求めます。

<考え方>
まず x²、x³ を計算してから代入します。i² = −1 に注意。

x = −1 + √6 i とおく

x² = 1 − 2√6 i + 6i² = 1 − 2√6 i − 6 = −5 − 2√6 i
x³ = x·x² = (−1 + √6 i)(−5 − 2√6 i)
 = 5 + 2√6 i − 5√6 i − 2·6·i²
 = 5 + 2√6 i − 5√6 i + 12
 = 17 − 3√6 i

P(x) = x³ + ax² + bx + c
 = (17 − 3√6 i) + a(−5 − 2√6 i) + b(−1 + √6 i) + c

実部 = −5a − b + c + 17
オカa+b−キ:正解 −2a+b−3(配点2)

<問題要旨>
同じく虚部(√6 i の係数)を求めます。

<考え方>
上の計算で √6 i がかかっている項を集めます。

√6 i の係数を集めて

−3 + (−2a) + b = −2a + b − 3
クa+ケ:正解 2a+3(配点2)

<問題要旨>
b を a を用いて表します。

<考え方>
P(−1+√6 i) = 0 で、a, b, c が実数なので実部・虚部がともに0になります。虚部の式から b が出ます。

−2a + b − 3 = 0

b = 2a + 3
コa−サシ:正解 7a−14(配点2)

<問題要旨>
c を a を用いて表します。

<考え方>
実部の式に b を代入します。

−5a − b + c + 17 = 0
c = 5a + b − 17
 = 5a + (2a + 3) − 17

c = 7a − 14
x²+スx+セ:正解 x²+2x+7(配点2)

<問題要旨>
−1±√6 i を解とする x² の係数が1の2次方程式を求めます。

<考え方>
解と係数の関係。和と積を計算します。

2解の和 = (−1 + √6 i) + (−1 − √6 i) = −2
2解の積 = (−1)² − (√6 i)² = 1 + 6 = 7

x² − (和)x + (積) = x² + 2x + 7 = 0
x+a−ソ,タ:正解 x+a−2,0(配点2)

<問題要旨>
P(x) を x²+2x+7 で割ったときの商と余りを求めます。

<考え方>
商を x+k とおいて展開し、係数を比べます。b, c が a で表されているので、うまく消えます。

商を x + k とおくと
(x² + 2x + 7)(x + k) = x³ + (k + 2)x² + (2k + 7)x + 7k

x² の係数: k + 2 = a → k = a − 2
x の係数: 2k + 7 = 2(a − 2) + 7 = 2a + 3 = b ✔
定数項: 7k = 7(a − 2) = 7a − 14 = c ✔

商 = x + a − 2、余り = 0
チa+ツ:正解 −a+2(配点1)

<問題要旨>
方程式 P(x)=0 の実数解を求めます。

<考え方>
割り切れたので、残りの1次因数を0とおきます。

P(x) = (x² + 2x + 7)(x + a − 2)

x² + 2x + 7 = 0 の解は虚数なので、実数解は
x + a − 2 = 0

x = −a + 2
テ:正解 4(配点3)

<問題要旨>
P(x) を x+a−3 で割ったときの余りが6であるときの a を求めます。

<考え方>
剰余の定理。P(3−a) = 6 とおくと a の2次方程式になり、重解になります。

剰余の定理より P(−(a − 3)) = P(3 − a) = 6

P(x) = (x² + 2x + 7)(x + a − 2) に x = 3 − a を代入
 (3 − a) + a − 2 = 1 なので
P(3 − a) = (3 − a)² + 2(3 − a) + 7
 = 9 − 6a + a² + 6 − 2a + 7
 = a² − 8a + 22

a² − 8a + 22 = 6
a² − 8a + 16 = 0
(a − 4)² = 0

a = 4
x²+トx+ナ:正解 x²+5x+3(配点3)

<問題要旨>
P(x) を2次の整式 Q(x) で割ったときの商が x−1、余りが 13x+17 であるときの Q(x) を求めます。

<考え方>
P(x) − (13x+17) を x−1 で割ります。a=4 のとき P(x)=x³+4x²+11x+14 です。

a = 4 のとき b = 2·4 + 3 = 11, c = 7·4 − 14 = 14
P(x) = x³ + 4x² + 11x + 14

P(x) = Q(x)(x − 1) + 13x + 17 より
Q(x)(x − 1) = x³ + 4x² + 11x + 14 − 13x − 17
     = x³ + 4x² − 2x − 3

x − 1 で割ると
x³ + 4x² − 2x − 3 = (x − 1)(x² + 5x + 3)

Q(x) = x² + 5x + 3

※ 本記事の解答・解説は当サイトが独立に作成したものです。公式の正解および配点は大学入試センターの発表をご確認ください。

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