共通テスト(数学) 過去問
令和5年度(2023年度)本試験
問11 (数学Ⅰ・数学A(第1問) 問11)

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問題

共通テスト(数学)試験 令和5年度(2023年度)本試験 問11(数学Ⅰ・数学A(第1問) 問11) (訂正依頼・報告はこちら)

( ツ )、( テト )にあてはまるものを次のうちから1つ選べ。

(2)半径が5である球Sがある。この球面上に3点P、Q、Rをとったとき、これらの3点を通る平面a上でPQ=8、QR=5、RP=9であったとする。
球Sの球面上に点Tを三角錐(すい)TPQRの体積が最大となるようにとるとき、その体積を求めよう。

まず、cos∠QPR=( タ )/( チ )であることから、ΔPQRの面積は
( ツ )√( テト )である。
次に、点Tから平面aに垂直な直線を引き、平面aとの交点をHとする。このとき、PH、QH、RHの長さについて、( ナ )が成り立つ。
以上より、三角錐TPQRの体積は( ニヌ )(√[ ネノ ]+√[ ハ ])である。
  • ツ:5  テト:10
  • ツ:6  テト:11
  • ツ:5  テト:11
  • ツ:6  テト:10

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この過去問の解説 (3件)

01

(※問題文と同じく、線分ABの長さをABと記述します。)
前問(タ)(チ)により cos∠QPR=5/6
よって、sin∠QPR=√(1-25/36)=(√11)/6
すると、
線分PQ を底辺として考えた時に三角形PQRの高さは、
RP・sin∠QPR = 9・(√11)/6 = (3√11)/2
よって三角形PQRの面積は、
PQ・(RP・sin∠QPR)/2 = 8・ {(3√11)/2}/2
=6√11

 

ツ:6 テト:11 の組み合わせの選択肢が本設問の解答となります。
 

前問(タ)(チ)

余弦定理より、
QR2 = PQ2 + RP2 -2・PQ・RP・cos∠QPR
問題文より、
QR = 5
PQ = 8
RP = 9
よって、
25 = 64 + 81 - 2・8・9・cos∠QPR
cos∠QPR = 120/(2・8・9) = 15/18 = 5/6

選択肢2. ツ:6  テト:11

sin∠QPR の符号については、鋭角でも鈍角でも正になります。

 

上記解説では線分PQを底辺として考えましたが、
線分PRを底辺としても同じ結果を得ます。
RP・(PQ・sin∠QPR)/2 =9・{8・(√11)/6}/2
=(72√11)/12 = 6√11

 

まとめ

まず、公式 sin2θ + cos2θ = 1 を使い、
前問の余弦を正弦に変換します。
ここでの三角形PQRの面積は、
正弦を使って三角形の「高さ」を求めて計算しています。
(正弦定理の外接円を除いた部分の導出と同じ方法です。)

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02

前の問題(問10)で,cos∠QPR の値を求めました。

 

PQR において,余弦定理により


 

選択肢2. ツ:6  テト:11

正解です。

まとめ

三角形の面積は,次の公式で求めることができます。

この公式も重要です。

参考になった数0

03

sinを用いた三角形の面積公式を使う問題です。sinを相互関係から求めて使います。

まとめ

sin2∠QRP = 1 - cos2∠QRP

sin∠QRP>0より、sin∠QRP = √11/6

よって

△PQR = 1/2×8×9×√11/6 = 6√11

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