共通テスト(数学) 過去問
令和5年度(2023年度)本試験
問77 (数学Ⅱ・数学B(第2問) 問13)

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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77(数学Ⅱ・数学B(第2問) 問13) (訂正依頼・報告はこちら)

( ハ )にあてはまるものを次のうちから1つ選べ。

(2)ある地域では、毎年3月頃「ソメイヨシノ(桜の種類)の開花予想日」が話題になる。太郎さんと花子さんは、開花日時を予想する方法の一つに、2月に入ってからの気温を時間の関数とみて、その関数を積分した値をもとにする方法があることを知った。ソメイヨシノの開花日時を予想するために、二人は図1の6時間ごとの気温の折れ線グラフを見ながら、次のように考えることにした。

xの値の範囲を0以上の実数全体として、2月1日午前0時から24x時間経った時点をx日後とする。(例えば、10.3日後は2月11日午前7時12分を表す。)また、x日後の気温をy℃とする。このとき、yはxの関数であり、これをy=f(x)とおく。ただし、yは負にはならないものとする。
気温を表す関数f(x)を用いて二人はソメイヨシノの開花日時を後の設定で考えることにした。

設定のもと、太郎さんは気温を表す関数y=f(x)のグラフを図2のように直線とみなしてソメイヨシノの開花日時を考えることにした。
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この過去問の解説 (3件)

01

x = 30 の時に x2/100 - x/6 + 5 > 0 となる事に注意します。
問題文より「x ≧ 30 の時に f(x) は増加する」事と、

x ≧ 30 で常に f(x) > 0 である事から、
同じ区間の長さで定積分した場合には閉区間 [30, 40] よりも、
閉区間 [40, 50] で定積分した値のほうが大きくなります。


この事は、定積分が「微小区間の長さと関数の値の積の和」について、

各微小区間の長さを 0 に近付けたときの極限値である事から分かります。

 

「閉区間 [30, 40] での定積分」 < 「閉区間 [40, 50] での定積分」なので、
「<」の選択肢が設問(ハ)の解答となります。

選択肢1. <

関数が正の値である時には定積分は下図のような「面積」を表します。

 

もし関数が負の値である時は、考え方自体は同じですが定積分は負の値を取り得る事に注意が必要です。

まとめ

定積分のもともとの考え方に関連する設問です。

すなわち、積分が微分の逆演算だという考え方も正しいですが、

もともとは図形的に見ると「面積」に相当するものとして定積分が考えられている事に本設問は関連します。

(ただし定積分は負の値を取り得ます。実際の「図形的な面積」を求める時は、結果の符号を反転させる事や、区間を分けて計算する事が必要になる場合もあります。本設問では対象の関数が、対象の区間で正の値であり、定積分が負の値になる場合を考慮する必要はありません。)

 

閉区間 [30. 40] と閉区間 [40, 50] の区間の長さが同じである事を見落とさないようにしましょう。

区間の長さが異なれば、積分対象の関数が正の値で単調増加だとしても計算をしなければ大小の比較ができません。

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02

問題文より

「x≥30の範囲においてf(x)は増加する」とあります。

 

グラフが右上がりに増加しているので、

後の区間(40→50)の方が面積が大きくなります。

 

よってハは<です。

選択肢1. <

正解です。

選択肢2. =

不正解です。

選択肢3. >

不正解です。

参考になった数0

03

f(x)のグラフは30≦xにおいて単調増加するので、

面積にして考えると40→50の方が大きくなります。

選択肢1. <

この解答は導出の手順・計算結果ともに正しく、論理的に正しいです。

選択肢2. =

この解答は導出の過程や計算結果に誤りが含まれており、不正解です。

選択肢3. >

この解答は導出の過程や計算結果に誤りが含まれており、不正解です。

まとめ

積分は面積であるということを思い出しましょう

参考になった数0