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cosθ、sin2θ、cos2θ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sinθは 5x2+2x−3=0 の解である。因数分解すると 5x2+2x−3=(5x−3)(x+1) なので x=53,x=−1 を得る。0∘<θ<90∘より sinθ=53 である。したがって cosθ=1−259=54 である。
(2) cos2θ=cos2θ−sin2θ=2516−259=257であり、sin2θ=2sinθcosθ=2⋅53⋅54=2524である。加法定理よりcos(2θ+60∘)=cos2θcos60∘−sin2θsin60∘だからcos(2θ+60∘)=257⋅21−2524⋅23=507−25123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、sinθ は5x2+2x−3=(5x−3)(x+1)=0の解である。0∘<θ<90∘ よりsinθ=53,cosθ=54.(2)cosθ+isinθ=54+3iを2乗するとcos2θ+isin2θ=25(4+3i)2=257+2524i.さらに 60∘ の回転を掛けた複素数の実部を取ればcos(2θ+60∘)=257⋅21−2524⋅23=507−25123.
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、sin2θとcos2θ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。