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東京大学 2019年度 前期日程 文科

第4問 図形と方程式の解答・解説

絶対値の不等式・ベクトルの差・領域・平行移動当サイトの体感難易度:標準最終更新 2026/10/11

問題文について

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(1) と をそれぞれ図示する

答 は 点 、 を頂点とする正方形の周と内部。 は 、すなわち 点 、 を頂点とする正方形の周と内部

を求めるには、「 に入ること」と「」が同値であることを両向きに示す。入ることは三角不等式で、逆は と を具体的に作ればよい。 が原点について対称なので、 もまた の点を指す、という点が効く。

は で、 点 、、、 を頂点とする正方形(傾いた正方形)の周と内部である。

。 、 をともに の点とすると、 で

である。

逆向き。 をみたす に対して

をとると、どちらも より の点である。そして だから、 は に属する。

以上より

で、 点 、 を頂点とする正方形の周と内部である( を原点中心に 倍に拡大したもの)。

(1, 0)(0, 1)(2, 0)(0, 2)DE
(濃い正方形)と (破線の正方形の内側)。 は を原点中心に 倍したものになる。

から 万組の をランダムにとって差を計算すると、 を外れたものは 件だった。また の点(たとえば 、)は、それぞれ 、 で作れる。

「」だけでは図示にならない。 の点がすべて作れることを、 を具体的に書いて示す。

がとれるのは が原点対称だからである。原点対称でない領域では、この作り方は使えない。

は を 倍したものだが、これは が原点対称な凸集合だから起きることで、一般には が元の 倍になるとは限らない。

(2) から同じように作った が と一致することを示す

答 から を引くと の点になり、差では が打ち消し合うので

は を だけ平行移動したものである。差をとると平行移動ぶんが相殺するので、 は によらない。これを「 が を動く」という形に書き直して示す。

について

である。そこで 、 とおくと、 が 全体を独立に動くことと、 が 全体を独立に動くことは同じである( で戻せる)。

このとき

すなわち

である。したがって の動く範囲 は、 が を動くときの の動く範囲、つまり そのものである。よって

が示された。

(1) の計算をもう一度やってもよい。 は三角不等式から出るし、逆向きは 、 をとればよい。ただし「平行移動ぶんが差で消える」と見るほうが、 が何であっても同じという理由がはっきりする。

たとえば としても、、 はどちらも の点で、差は である。 の任意の点が作れ、逆に差が を超えないことも三角不等式から言える。

と は独立に動く。同じ点を動く2つの変数なので、 のような結びつきを勝手に入れない。

は「 によらない」ということである。 を含む答えが出たら、どこかで平行移動を相殺し損ねている。

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