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京都大学 2020年度 前期日程 文系
京大文系 2020年度 数学の解答・解説
全5問。当サイトで独自に解いた解答・計算過程・詳解・別解を、大問ごとに載せています。
最終更新 2026/10/12
問題文について
大学の公式解答ではなく、当サイト独自の解答・解説です。問題文は掲載していません。文系の問題文は、この年度については大学が公開していません (2026/10/12時点)。お手元の過去問集・赤本などでご確認ください。
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第1問 積分法
絶対値を含む関数・接する条件・判別式・面積当サイトの体感難易度:標準
と ()が接する を求め、 と で囲まれた部分の面積を求める
答、面積は
は で 、 で なので、 は2つの放物線をつないだ曲線である。枝ごとに「接する」=判別式 で の候補を出し、接点がその枝にあるかを確かめる。面積は、接しているほうの差が完全平方になるので軽く計算できる。
は
である( でつながり、傾きも で一致する)。
接する を探す。 の枝で とすると
で、判別式 より 。このとき で、確かにこの枝の上である。 も条件をみたす。
の枝で とすると で、判別式 より 。これは に反するので不適である。よって
である。
交点をすべて求める。 、 とする。
- : より (接点)。
- : より 。 は枝の外なので不適、 だけが交点。
とおく。 では が の上側にある。実際
で、後者は で正である。
面積。
である。後ろは
である。前は、、 を使って
である。合わせて
である( ほど)。
のとき で も も 、 でどちらも になる。囲まれた部分の面積を 万点の数値積分で求めると で、 と一致する。
は ではない。 では になるので、枝ごとに分けて考える。
判別式から出た について、接点がその枝の範囲にあるかを必ず確かめる。 は でも弾けるが、範囲外の接点が出る場合もある。
の枝との交点は2つ出るが、片方は なので枝の外である。式の上の解をすべて採用しない。
の3乗を使うので、 を先に出しておくと計算が整理される。
第2問 微分法
接線の傾き・直交条件・2次方程式の係数比較・すべて求める当サイトの体感難易度:難
グラフが のグラフと2点で直交する2次関数をすべて求める
答()、および ( は任意の実数)
とおく。共有点の 座標は「2つの式を等しいとおいた2次方程式」の解、直交条件は「傾きの積が 」というもう1本の2次方程式の解である。2点とも直交するということは、この2本の2次方程式が同じ2解をもつ、つまり係数が比例するということになる。
求める2次関数を ()とする。共有点の 座標を とすると
である。また の での接線の傾きは 、 のほうは で、直交条件は
である。
2本が同じ2解をもつ条件。 ② は より2次式で、解は高々2個である。「2点で直交する」とは、① の解がちょうど2個あり、そのどちらも ② をみたすということである。
だと ① は1次以下になり解が2個にならない( なら同じ放物線になって共有点が無数)。よって で、① も2次式である。2次式どうしが同じ2解をもつので、係数が比例する。比例定数を として
である。第3成分から で、残り2本は
すなわち
となる。ここで
なので、 は と同値である。よって条件は
である。
解が2個あるための条件。 ① の判別式は、 を使うと
である。 の場合、 か のうち使えるのは だけで、そのとき判別式は ()となり不適。 なら なので、 が何であれ判別式は正である。したがって が必要十分である。
まとめ。 求める2次関数は
である(、 のときは両方に現れる同じ関数 である)。
なら で 。共有点は で、 では傾きが と 、 では と となり、どちらも積が である。、、 でも、共有点 の両方で積が になった。
「2点で直交する」は、共有点が2個あってそのどちらでも接線が直交する、ということである。1点だけ直交すればよいと読むと答えが大きく変わる。
② から は解になりえない( になる)。つまり共有点は原点ではない。
( の係数が同じ)だと共有点は高々1個で、条件をみたさない。 を除く理由を書いておく。
答えが2つの族に分かれる。 の族だけ、あるいは の族だけで終わらないよう、 の2通りを両方たどる。
第3問 整数
合同式・16を法とする・平方数の余り・場合分け当サイトの体感難易度:難
を奇数とし とするとき、 が で割り切れる整数の組 が存在する の条件を求める
答( は で割ると 余る奇数)
とまとめる。まず の偶奇で絞り、さらに を で割った余りで絞ると、残るのは「 が を法としてどんな値をとれるか」という問題になる。平方数が を法として しかとらないことが効く。
とまとめる。以下 を法として考える。
は偶数でなければならない。 が奇数なら は偶数なので は偶数、 は( も も奇数なので)奇数である。よって は奇数となり、 の倍数にはなりえない。
でなければならない。 とすると で、 は奇数である。
が偶数なら は の倍数だから で
となる。 は奇数なので を法として逆数をもち、 は (奇数倍しても は のまま)を意味する。ところが平方数を で割った余りは のいずれかで にならない。よって は奇数、すなわち である。
の条件を出す。 が奇数なら なので である。したがって条件は
となる。ここで は より である。 として を で割った余りを調べると
- :。
- :。
- : は より ( のいずれでも )。
- :。
なので、 のとりうる値は である。いっぽう右辺は、 が奇数なので
である。 は に入っていないので では解がなく、 は入っているので では解がある。よって求める条件は
である。
のとき、たとえば が解になる。実際 で、 なら となり の倍数である。
のそれぞれで を全探索すると、 が の倍数になる が存在するのは 、つまり のときだけで、いずれも が解になった。 なら である。
平方数を で割った余りが だけであることが2回効く。 が不可能、というのが最初の絞り込みである。
が偶数というだけでは足りない。 だと の項が消えてしまい、やはり が必要になって詰む。
奇数 について を使う。 では または だが、 を掛けると差が の倍数になって消えるので でよい。
「存在するための条件」なので、 のときに実際に を1つ挙げておくと答案が完結する。
第4問 空間ベクトル
内積・対称性・単位球面・2次方程式当サイトの体感難易度:難
単位球面上の4点が与えられた内積の関係をみたすとき、 を求める
答
も も と同じ内積をもつので、どちらも と直交する。つまり は に垂直な平面の中にある。この平面を座標平面にとってしまえば、あとは平面上の単位ベクトル2本の話になる。
を とする。すべて単位ベクトルである。
は に垂直。 条件より なので
である。
座標を置く。 なので は単位ベクトルである。また とおくと より で、 である。 と、両方に垂直な単位ベクトル を座標軸にとると
であり、 は第1成分が である。
を決める。 、 である。 より
である。 の向きを選んで としてよい。
を決める。 で、 より である。 より
である。 に入れると
すなわち
である。解くと
で、 より
である( ほど)。
として座標を作ると、4本とも長さ で、、、 となり、条件をすべてみたす。
を「 が と同じ角をなす」で止めず、 という垂直の形にすると、座標を置く方針がはっきりする。
の符号は、座標軸の向きの選び方で決まる自由度である。どちらにとっても の方程式は同じになる。
の2解のうち負のほうは で捨てる。 の計算に注意する。
4点が実際にこの条件で存在することは、 を代入して を確かめれば分かる。問題は を求めよなので必須ではないが、検算になる。
第5問 場合の数
ラテン方陣・完全順列・置換の型・場合分け当サイトの体感難易度:やや難
のマス目に を入れ、どの行にもどの列にも同じ数字が1回しか現れないようにする入れ方の総数を求める
答 通り
各行は の並べ替えになる。1行目は 通り、2行目は1行目と同じ列に同じ数字が来てはいけないので「完全順列」になる。3行目以降の数は、2行目の「ずれ方」の型(2つの入れ替えか、4つの巡回か)で変わるので、そこで場合分けする。
どの行にも が1回ずつ現れるので、各行は の並べ替えである。
1行目。 通り。以下、1行目を固定して数え、最後に を掛ける。
2行目。 どの列でも1行目と違う数字が来るので、2行目は1行目に対する完全順列(どの位置も動く並べ替え)である。 個の完全順列は 通りで、その内訳は
- 2つずつ入れ替える型(たとえば ): 個を2組のペアに分ける分け方で 通り。
- つが順に回る型(たとえば ): 通り。
である()。
3・4行目。 各列には、1行目と2行目で使った数字以外の2つが残る。3行目はその残り2つから1つずつ選んで並べ替えになるようにし、4行目は自動的に決まる。
1行目を として型ごとに数える。
- 2つずつ入れ替える型(例:2行目が )。各列の残りは左から である。3行目は左2列に を並べ( 通り)、右2列に を並べる( 通り)ので 通り。4行目は残りで決まる。よって 通り。
- つが順に回る型(例:2行目が )。各列の残りは である。1列目に を置くと4列目は 、3列目は 、2列目は と順に決まり 。 を置くと 。よって 通りで、 通り。
1行目を固定したときの総数は 通りである。したがって全体は
通りである。
でこのような入れ方の総数は「ラテン方陣の個数」と呼ばれ、 では である。 では と急に増え、一般の公式は知られていない。
行すべてを全探索して数えると 通りだった。1行目を固定したときの内訳も、 型の 通りが合計 、 項環状型の 通りが合計 で、 通りと一致する。
2行目が1行目の完全順列になることは「列ごとに違う」から従う。 という数は 個の完全順列の個数で、 ではない。
完全順列の型で3・4行目の数が変わる( 通りと 通り)。型を分けずに一律に掛けると答えがずれる。
4行目は3行目まで決めれば自動的に決まる。ここでさらに掛けないこと。
問題は「マス目に数字を入れる」ことを数えているので、回転や裏返しで移り合うものも別に数える。
大学の公式解答ではなく、当サイト独自の解答・解説です。問題文は掲載していません。解答は当サイトで検算していますが、誤りが残っている可能性はあります。掲載方針配点・採点基準・難易度を大学の公表値として示すことはしていません。
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