大学入学共通テスト(数学) 過去問
令和6年度(2024年度)本試験
問12 (数学Ⅰ・数学A(第2問) 問2)

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問題

大学入学共通テスト(数学)試験 令和6年度(2024年度)本試験 問12(数学Ⅰ・数学A(第2問) 問2) (訂正依頼・報告はこちら)

〔1〕座標平面上に4点O(0,0)、A(6,0)、B(4,6)、C(0,6)を頂点とする台形OABCがある。また、この座標平面上で、点P、Qは次の規則に従って移動する。

<規則>
・Pは、Oから出発して毎秒1の一定の速さでx軸上を正の向きにAまで移動し、Aに到達した時点で移動を終了する。
・Qは、Cから出発してy軸上を負の向きにOまで移動し、Oに到達した後はy軸上を正の向きにCまで移動する。そして、Cに到達した時点で移動を終了する。ただし、Qは毎秒2の一定の速さで移動する。
・P、Qは同時刻に移動を開始する。

この規則に従ってP、Qが移動するとき、P、QはそれぞれA、Cに同時刻に到達し、移動を終了する。
以下において、P、Qが移動を開始する時刻を開始時刻、移動を終了する時刻を終了時刻とする。

(2)開始時刻から3秒間のΔPBQの面積について、面積の最小値は( イ )であり、最大値は( ウエ )である。

( イ )にあてはまるものを1つ選べ。
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この過去問の解説 (1件)

01

時刻tとしてPとQの座標を表し、tを用いた式でΔPBQの面積を表現した式の最小値を算出します。
2次元空間でベクトル (a,b)と (c,d)の平行四辺形の面積は|ad−bc|で求められ、対角線で2分された三角形の面積はその半分です。

この解説ではベクトルOAをOA→と表現します。

選択肢3. 8

開始時刻から3秒間の、PとQの座標は以下のように表せます。
P(t)=(t,0) (0≤t≤3)
Q(t)=(0,6–2t) (0≤t≤3)

 

BP→=P(t)−B=(t−4,−6) (0≤t≤3)
BQ→=Q(t)−B=(−4,−2t) (0≤t≤3)

2次元空間でベクトル (a,b)と (c,d)の平行四辺形の面積は|ad−bc|で求められ、対角線で2分された三角形の面積はその半分です。
時刻tにおける三角形PBQの面積をS(t)とすると
S(t)
=(1/2)*|(t−4)(−2t)−(−6)(−4)|
=|−2t(t−4)−24| (0≤t≤3)
=2t(t−4)+24 (∴0≤t≤3)
=t2−4t+12
=(t-2)2+8

S(t)は下に凸のtに関する二次関数のため、t=2で最小値8をとる。

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