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東北大学 1997年度 後期日程 第2次学力試験文系(後期)数学 第1問

(1) θ0<θ<90を満たす角とし,sinθは2次方程式(log232)x2+(log39)xlog464=0の解であるとする.このときcosθの値を求めよ.

(2) θを(1)のように定めるとき,cos(2θ+60)の値を求めよ.

難易度4/ 10計算量3/ 10目安10

指数・対数三角関数 式変形、三角比の利用、計算整理

方針

まず対数の値を計算し、sinθについての2次方程式を解く。0<θ<90よりsinθは正で1以下なので、適切な解を選ぶ。そこからcosθsin2θcos2θを求め、加法定理でcos(2θ+60)を計算する。

解答

(1) log232=5,log39=2,log464=3 である。したがってsinθ5x2+2x3=0 の解である。因数分解すると 5x2+2x3=(5x3)(x+1) なので x=35,x=1 を得る。0<θ<90より sinθ=35 である。したがって cosθ=1925=45 である。

(2) cos2θ=cos2θsin2θ=1625925=725であり、sin2θ=2sinθcosθ=23545=2425である。加法定理よりcos(2θ+60)=cos2θcos60sin2θsin60だからcos(2θ+60)=72512242532=75012325である。

別解

解法2

方針

対数を計算して sinθ を決める。複素数 (4+3i)/5 を2乗して 2θ の三角比を同時に求め、さらに 60 回転させた複素数の実部を読む。

解答

(1) log232=5,log39=2,log464=3だから、sinθ5x2+2x3=(5x3)(x+1)=0の解である。0<θ<90 よりsinθ=35,cosθ=45.(2)cosθ+isinθ=4+3i5を2乗するとcos2θ+isin2θ=(4+3i)225=725+2425i.さらに 60 の回転を掛けた複素数の実部を取ればcos(2θ+60)=72512242532=75012325.

総評

難度4、計算量3。目安時間は10分。対数の値を正確に処理すれば、あとは標準的な三角比計算である。sinθ=1は2次方程式の解ではあるが、角の範囲から除外される。2θそのものを求める必要はなく、sin2θcos2θを直接計算すればよい。

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出典: 東北大学 1997年度 後期 文系 第1問。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。