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この記事には，久留米大学医学部の過去問の詳しい解説が載っています。過去問を通して久留米大学医学部の数学について学べるように，授業のような解説にしています。これまで勉強してきたことを整理し、あなたの数学力をレベルアップしましょう！
解答はすでにこちらの記事で示しております。
平成30年度(2018)久留米大学医学部推薦入試数学［５］
点の座標を設定して、条件式を立てよう
まずやるべきことは，点の座標を設定することです。正方形\(\rm{ABCD}\)は\(1\)辺の長さが\(a\)と与えられているので，点\(\rm{A}\)の座標を決めれば，他の3点は自ずと決まります。
正方形の1辺の長さは\(a\)なので，点\(\rm{A}\)の座標を\(\rm{A}\)\((p,~0)\)とすると，他の3点は\(\rm{B}\)\((p+a,~0),~\rm{C}\)\((p+a,~a),~\rm{D}\)\((p,~a)\)となる。
次に，問題文から条件式を立てます。
また，各頂点の\(x\)座標が\(0 \lt x \lt 7\)の範囲にあるので
\begin{align*}
0 \lt a \lt 7~~\text{かつ}~~0 \lt p+a \lt 7 \quad \cdots [1]
\end{align*}
点\(\rm{D}\)は曲線\(y=-\displaystyle \frac{1}{60}x(x-7)(x+7) \)上にあるので
\[
a=-\displaystyle \frac{1}{60}p(p-7)(p+7) \quad \cdots [2]
\]
ここまでは前もって式を立てておきましょう。これに，各問題の条件を加えて解いていくことになります。
(1)\(\quad ~a=2\)とする。\([2]\)より
\begin{align*}
-\displaystyle \frac{1}{60}p(p-7)(p+7)=&2 \\
-p(p^2-49)=& 120 \\
p^3-49p+120=& 0 \\
(p-3)(p-5)(p+8)=& 0
\end{align*}
\(\quad \)\([1]\)を満たすのは\(p=3\)のみである。
したがって，\(\rm{C}\)\((5,~2) \cdots \text{(答)}\)
\(a=2\)のときなので，\([1]\)は
\begin{align*}
0 \lt& p+2 \lt 7 \\
\therefore 0 \lt& p \lt 5
\end{align*}
これを満たすものを選ぶので，\(p=3\)となります。聞かれているのは\(~\rm{C}~\)の座標です。ここで\(p=3\)と答えたり，\(\rm{D}~\)の座標を答えたりしていないでしょうか。答えを出したら，必ず問題文の問いを見返し，整合性を確認しましょう。
最後の条件確認は，面倒だが大切なこと
(2)は3次関数の最大値の問題なので，微分して増減表を書いて調べることになります。ただ，最後に条件を確認するのは，意外と面倒です。
(2)\(\quad ~~\)正方形の面積が最大となるのは，正方形の1辺の長さ\(a\)が最大となるときである。[1],[2]をともに満たす\(a\)の最大値を求める。
\(f(x)=-\displaystyle \frac{1}{60}x(x-7)(x+7) \)とおくと
\begin{align*}
f'(x)&=-\displaystyle \frac{1}{60} \left\{ (x-7)(x+7)+x(x+7)+x(x-7) \right\} \\
&=-\displaystyle \frac{1}{60}(3x^2-49)
\end{align*}
\(\quad 0 \lt x \lt 7\)の範囲で\(f'(x)=0\)として\(x=\displaystyle \frac{7}{\sqrt3}.\)
増減表は
\begin{array}{c|ccccc}
x & 0 & \cdots & \displaystyle \frac{7}{\sqrt3} & \cdots & 7 \\
\hline
f’(x) & & + & 0 & – & \\
\hline
f(x) & & \nearrow & f\left( \frac{7}{\sqrt3} \right) & \searrow &
\end{array}
増減表を書いた後，\(p=\displaystyle \frac{7}{\sqrt3}~\)が条件を満たすかどうか，確認しなければなりません。
条件[1]のうち，\(0 \lt a \lt 7~\)を満たすことはすぐにわかりますが，\(0 \lt p+a \lt 7~\)についてはどうでしょうか。満たしているかどうか，すぐにわかりますか？。
\(p=\displaystyle \frac{7}{\sqrt3}~\)のとき，\(a=f\left( \frac{7}{\sqrt3} \right)=\displaystyle \frac{343 \sqrt3}{270}~\)です。つまり，\(\displaystyle \frac{7}{\sqrt3}+\displaystyle \frac{343 \sqrt3}{270}~\)が\(~7~\)より小さいことを示すことになります。
\begin{align*}
\displaystyle \frac{7}{\sqrt3}+\displaystyle \frac{343 \sqrt3}{270}=&\displaystyle \frac{7\sqrt{3}}{3}+\displaystyle \frac{343 \sqrt3}{270} \\
=&\displaystyle \frac{630\sqrt{3}+343 \sqrt3}{270} \\
=&\displaystyle \frac{973\sqrt{3}}{270} \\
=& 6.241 \cdots
\end{align*}
よって条件を満たすことがわかります・・・でも\(~\displaystyle \frac{973\sqrt{3}}{270}~\)の計算は，めんどくさくないですか？
\begin{align*}
\displaystyle \frac{973\sqrt{3}}{270} \lt \displaystyle \frac{1000 \times 1.75}{250} =\displaystyle \frac{1750}{250}=7
\end{align*}
そこで模範解答は，グラフを使って条件を領域で示してみました。すると，\(p\)は\(x\)座標，\(a\)は\(y\)座標なので，\(0 \lt p+a \lt 7~\)は\(~xy~\)平面で考えれば不等式\(~0 \lt x+y \lt 7~\)すなわち\(~-x \lt y \lt -x+7~\)を満たす領域であることが分かります。
ということは，\(p=\displaystyle \frac{7}{\sqrt3}~\)が条件を満たすかどうかは，極大点が領域内にあるかどうかを確認することになります。
\(\quad\)また,\(~[1]\)より点\(\rm{D}\)が存在する領域は\( 0 \lt x \lt 7,~-x \lt y \lt -x+7 \)を満たす領域であるから，点\(\rm{D}\)の軌跡は下図のとおり。
したがって，正方形の面積が最大となるときの辺の長さは
\begin{align*}
a&=f\left( \frac{7}{\sqrt3} \right) \\
&=-\displaystyle \frac{1}{60} \cdot \displaystyle \frac{7}{\sqrt3} \left( \displaystyle \frac{7}{\sqrt3}-7 \right) \left( \displaystyle \frac{7}{\sqrt3}+7 \right) \\
&=-\displaystyle \frac{7^3}{60} \cdot \displaystyle \frac{\sqrt3}{3} \left( \displaystyle \frac{1}{\sqrt3}-1 \right) \left( \displaystyle \frac{1}{\sqrt3}+1 \right) \\
&=-\displaystyle \frac{7^3}{60} \cdot \displaystyle \frac{\sqrt3}{3} \left( \displaystyle \frac{1}{3}-1 \right) \\
&=\displaystyle \frac{343 \sqrt3}{270} \cdots \text{(答)}
\end{align*}
曲線\(~y=-\displaystyle \frac{1}{60}x(x-7)(x+7)~\)と直線\(~y=-x+7~\)との位置関係は，連立して交点の\(~x~\)座標を求めることでわかります。
\begin{align*}
-\displaystyle \frac{1}{60}x(x-7)(x+7)=& -x+7 \\
x(x-7)(x+7)=& 60(x-7) \\
(x-7) \left\{ x(x+7)-60 \right\}=& 0 \\
(x-7)(x-5)(x+12)=& 0 \\
x=& -12,~5,~7
\end{align*}
条件の確認をしていなくても答え\(~a \text{の値}\)は同じです。しかし記述式の問題なので，最後の条件確認を怠った答案は，減点される可能性が高いと思います。注意しましょう。
この問題のポイント
振り返ってみましょう。
この問題が解けるかどうかのポイントは、
といったところです。できなかったところがある人は，復習しておきましょう。
