大学入学共通テスト(数学) 過去問
令和7年度(2025年度)追・試験
問8 (数学Ⅰ・数学A(第1問) 問8)

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問題

大学入学共通テスト(数学)試験 令和7年度(2025年度)追・試験 問8(数学Ⅰ・数学A(第1問) 問8) (訂正依頼・報告はこちら)

〔2〕以下の問題を解答するにあたっては、必要に応じて三角比の表と、平方根の表を用いてもよい。

水平な地面の上空を飛行機Pが飛んでおり、太郎さんはその地面上の点Oから飛行機Pを見ている。以下では、目の高さと飛行機Pの大きさは無視して考える。飛行機Pから地面に下ろした垂線と地面との交点をQとするとき、∠POQを飛行機Pを見上げる角といい、線分PQの長さを飛行機Pの高さという。飛行機Pは、高さと速さを一定に保ちながらまっすぐに飛んでいるものとする。
ある時刻に、飛行機Pを見上げる角が45°であったとし、そのときの飛行機Pの位置をA、点Aから地面に下ろした垂線と地面との交点をBとする。また、その140秒後に、飛行機Pを見上げる角が30°であったとし、そのときの飛行機Pの位置をC、点Cから地面に下ろした垂線と地面との交点をDとする。さらに、∠BOD=150°であったとする。
飛行機Pが点Aから点Cまで線分AC上を飛ぶ間における、飛行機Pを見上げる角∠POQの大きさについて考察しよう。

(1)飛行機Pの高さをhとする。

(ⅱ)飛行機Pが点Aを通過してから70秒後の位置にあるとき

OQ=h/( ト )

である。また、このときの∠POQの大きさは( ナ )である。

( ト )にあてはまるものを一つ選べ。
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この過去問の解説 (1件)

01

空欄(セ)、(ソ)

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△AOBは1つの角度が45°の直角三角形なので、辺の比は1:1:√(2)。よって、AB=hよりOB=h
△CODは1つの角度が30°の直角三角形なので、辺の比は1:2:√(3)。よって、CD=hよりOD=√(3)h

空欄(セ)、(ソ)の解説の画像へのリンク

△BODの余弦定理

BD2=OB2+OD2-2OB・OD・cos∠BOD

より

BD2=(h)2+(√(3)h)2-2(h)(√(3)h)cos(150°)
=h2+3h2-2√(3)h2・(-√(3)/2)

=7h2

BD=√(7)h

 

空欄(タ)〜(テ)

△OBDの余弦定理

OD2=OB2+BD2-2OB・BD・cos∠OBD

より
cos∠OBD=(OB2+BD2-OD2)/(2OB・BD)
=((h)2+(√(7)h)2-(√(3)h)2)/(2(h)(√(7)h))

=(h2+7h2-3h2)/(2√(7)h2)

=5/(2√(7))
=5√(7)/14

 

飛行機の速度は、
飛行機の速度=AC/ACにかかる時間=√(7)h/140

一方で、
飛行機の速度=AP/APにかかる時間=BQ/70

以上が等しいので、

√(7)h/140=BQ/70

BQ=√(7)h/2

となります。
△OBQの余弦定理

OQ2=OB2+BQ2-2OB・BQ・cos∠OBQ

より
OQ2=(h)2+(√(7)h/2)2-2(h)(√(7)h/2)(5/(2√(7)))
=h2+7h2/4-5h2/2
=h2/4
OQ=h/2

まとめ

余弦定理

c2=a2+b2-2ab・cosθ
を活用しましょう。

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