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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。

問題を転載している非公式サイトへのリンクは、当サイトでは行っていません。

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。

  1. : より (接点)。
  2. : 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)。

接点 (2, -1)x = -2-2√2
と 。 で接し、 で交わる。囲まれた部分の面積は 。

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1問だけのページ

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)。

(1, 1)(-1, 1)y = x^2y = g(x)
の例。 と は で交わり、そこでの接線の傾きは と (破線)で積が になる。

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2問だけのページ

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

  1. :。
  2. :。
  3. : は より ( のいずれでも )。
  4. :。

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3問だけのページ

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)。

OcdM
に垂直な平面で切った断面。横軸が の向き。 はこの平面内の単位ベクトルで、 はどちらも点 に射影される。 と のなす角は 。

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4問だけのページ

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

  1. 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。
  2. 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。

  1. 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。
  2. 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。

第5問だけのページ

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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