大問1
(1) 次の1~3の計算をしなさい。
1 \( 5-8 \)
2 \( 4(3x-y)-(6x-5y) \)
【解説】
\( =12x-4y-6x+5y \)
\( =6x+y \)
3 \( (-10a^2b)÷\dfrac{5}{2}ab \)
【解説】
\( =(-10a^2b) \times \dfrac{2}{5ab} \)
\( =-\dfrac{10a^2b \times 2}{5ab} \)
\( =-4a \)
(2) \( \dfrac{3\sqrt{2}}{\sqrt{3}} \) の分母を有理化しなさい。
【解説】
\( =\dfrac{3\sqrt{2} \times \sqrt{3}}{\sqrt{3} \times \sqrt{3}} \)
\( =\dfrac{3\sqrt{6}}{3} \)
\( =\sqrt{6} \)
(3) \( x^2-x-12 \) を因数分解したとき,その結果として正しいものを,次のア~エの中から1つ選んで,その記号を書きなさい。
ア \( (x-1)(x-12) \)
イ \( (x+2)(x-6) \)
ウ \( (x+3)(x-4) \)
エ \( (x-3)(x+4) \)
大問2
(1) ある数 \( x \) を2乗すると,\( x \) の \( 5 \) 倍より \( 1 \) だけ大きくなる。
このとき,\( x \) の値として正しいものを,次のア~カの中から1つ選んで,その記号を書きなさい。
ア \( x=\dfrac{-5±\sqrt{21}}{2} \) イ \( x=\dfrac{-5±\sqrt{26}}{2} \) ウ \( x=\dfrac{-5±\sqrt{29}}{2} \)
エ \( x=\dfrac{5±\sqrt{21}}{2} \) オ \( x=\dfrac{5±\sqrt{26}}{2} \) カ \( x=\dfrac{5±\sqrt{29}}{2} \)
【解答】
カ \( x=\dfrac{5±\sqrt{29}}{2} \)
【解説】
\( x \) を2乗した数は \( x^2 \),\( x \) の \( 5 \) 倍した数は \( 5x \) と表すことができるので,
「ある数 \( x \) を2乗すると,\( x \) の \( 5 \) 倍より \( 1 \) だけ大きくなる。」を方程式で表し解くと,
\( x^2=5x+1 \)
\( x^2-5x-1=0 \)
\( x=\dfrac{-(-5)±\sqrt{(-5)^2-4 \times 1 \times (-1)}}{2 \times 1} \)
\( =\dfrac{5±\sqrt{25+4}}{2} \)
\( =\dfrac{5±\sqrt{29}}{2} \)
(2) 次の表は,A中学校の3年生男子 \( 40 \) 人とB中学校の3年生男子 \( 80 \) 人のハンドボール投げの記録を度数分布表に表したものである。

このとき,この表から読み取れることとして正しくないものを,次のア~オの中から1つ選んで,その記号を書きなさい。
ア 度数分布表の階級の幅は \( 5 \; m \) である。
イ A中学校の最頻値(モード)は \( 17.5 \; m \) である。
ウ B中学校の中央値(メジアン)が含まれる階級は \( 20 \; m \) 以上 \( 25 \; m \) 未満である。
エ A中学校とB中学校の \( 25 \; m \) 以上 \( 30 \; m \) 未満の階級の相対度数は等しい。
オ A中学校とB中学校の \( 15 \; m \) 以上 \( 20 \; m \) 未満の階級までの累積相対度数は等しい。
【解説】
ア ・・・ 階級の幅というのは,階級が \( x \) 以上 \( y \) 未満の場合の \( y-x \) の値のことです。
問題の度数分布表では,階級が「\( 110 \; m \) 以上 \( 15 \; m \) 未満」となっているので,
階級の幅は \( 5 \; m \) であり,正しい。
イ ・・・ 最頻値(モード)というのは,度数が最も大きい階級の階級値のことです。
A中学校の中で度数が最も大きい階級は,\( 15 \; m \) 以上 \( 20 \; m \) 未満の階級です。
\( 15 \; m \) 以上 \( 20 \; m \) 未満の階級の階級値は \( 15 \; m \) と \( 20 \; m \) の真ん中の値なので,
\( \dfrac{15+20}{2}=17.5 \; (m) \)
であり,正しい。
ウ ・・・ B中学校のデータの個数は全部で \( 80 \) 個なので,中央値(メジアン)は,
小さい方から \( 40 \) 番目と \( 41 \) 番目のデータの平均値になります。
B中学校の累積度数は下の表のようになり,\( 40 \) 番目と \( 41 \) 番目のデータは
\( 20 \; m \) 以上 \( 25 \; m \) 未満の階級に含まれていることがわかります。
よって,B中学校の中央値(メジアン)も \( 20 \; m \) 以上 \( 25 \; m \) 未満の階級に含まれており,
正しい。

エ ・・・ ある階級の相対度数は,
その階級の度数 \( \div \) すべての階級の度数の合計
で求めることができます。
A中学校
\( 25 \; m \) 以上 \( 30 \; m \) 未満の階級の度数は \( 10 \) 人,
すべての階級の度数の合計は \( 40 \) 人
なので,\( 25 \; m \) 以上 \( 30 \; m \) 未満の階級の相対度数は,
\( 10 \div 40=0.25 \)
B中学校
\( 25 \; m \) 以上 \( 30 \; m \) 未満の階級の度数は \( 10 \) 人,
すべての階級の度数の合計は \( 80 \) 人
なので,\( 25 \; m \) 以上 \( 30 \; m \) 未満の階級の相対度数は,
\( 10 \div 80=0.125 \)
で異なっているので,正しくありません。
オ ・・・ ある階級までの累積相対度数は,
その階級の累積度数 \( \div \) すべての階級の度数の合計
で求めることができます。
A中学校
\( 15 \; m \) 以上 \( 20 \; m \) 未満の階級の累積度数は \( 14 \) 人,
すべての階級の度数の合計は \( 40 \) 人
なので,\( 15 \; m \) 以上 \( 20 \; m \) 未満の階級の累積相対度数は,
\( 14 \div 40=0.35 \)
B中学校
\( 15 \; m \) 以上 \( 20 \; m \) 未満の階級の累積度数は \( 28 \) 人,
すべての階級の度数の合計は \( 80 \) 人
なので, \( 15 \; m \) 以上 \( 20 \; m \) 未満の階級の累積相対度数は,
\( 28 \div 80=0.35 \)
で等しいので,正しい。

(3) 右の図1で,2点 \( A,C \) は線分 \( BD \) を直径とする円 \( O \) の周上の点である。また,\( \stackrel{\huge\frown}{AD}=\stackrel{\huge\frown}{CD} \) である。線分 \( BA \) を点 \( A \) の方向に延長した直線と,線分 \( CD \) を点 \( D \) の方向に延長した直線の交点を \( E \) とする。
\( ∠ABD=29° \) のとき,\( ∠AED \) の大きさとして正しいものを,次のア~オの中から1つ選んで,その記号を書きなさい。
ア \( 16° \) イ \( 29° \) ウ \( 32° \)
エ \( 42° \) オ \( 58° \)
【解説】
\( \stackrel{\huge\frown}{AD}=\stackrel{\huge\frown}{CD} \) より,
\( \stackrel{\huge\frown}{AD} \) に対する円周角と \( \stackrel{\huge\frown}{CD} \) に対する円周角は
等しいので,
\( ∠CBD=∠ABD=29° \)
また,直径 \( BD \) に対する円周角なので,
\( ∠BCD=90° \)
\( △EBC \) において,
\( ∠AED=180°-(∠EBC+∠BCD) \)
\( =180°-\{(29°+29°)+90°\} \)
\( =32° \)
(4) 次の図2のように,正方形の紙をマグネットでとめていく。\( 2 \) 枚以上とめるときは,正方形の紙の一部を重ねて横一列に並べてとめる。
例えば,正方形の紙を \( 2 \) 枚とめるときは,マグネットを \( 6 \) 個使う。

このとき,正方形の紙を \( 36 \) 枚とめるのに使うマグネットの個数として正しいものを,次のア~オの中から1つ選んで,その記号を書きなさい。
ア \( 72 \) 個 イ \( 74 \) 個 ウ \( 96 \) 個 エ \( 108 \) 個 オ \( 144 \) 個
【解説】
使用されるマグネットを1枚だけの部分をとめているものと2枚重ねた部分 \( \color{blue}{\boxed{ }} \) を止めている
ものにわけて考えると,
\( 1 \) 枚の紙をとめるとき ・・・ \( 1 \) 枚だけの部分をとめているものは \( 4 \) 個
重ねた部分はないので \( 0 \) 個
\( 2 \) 枚の紙をとめるとき ・・・ \( 1 \) 枚だけの部分をとめているものは \( 4 \) 個
重ねた部分 \( 1 \) か所を \( 2 \) 個使ってとめているので \( 1 \times 2=2 \) 個
\( 3 \) 枚の紙をとめるとき ・・・ \( 1 \) 枚だけの部分をとめているものは \( 4 \) 個
重ねた部分 \( 2 \) か所を \( 2 \) 個使ってとめているので \( 2 \times 2=4 \) 個
となっているので,\( n \) 枚の紙をとめるときを考えると,
\( n \) 枚の紙をとめるとき ・・・ \( 1 \) 枚だけの部分をとめているものは \( 4 \) 個
重ねた部分 \( n-1 \) か所を \( 2 \) 個使ってとめているので
\( (n-1) \times 2=2(n-1) \) 個
と考えられるので,
\( 36 \) 枚の紙をとめるとき ・・・ \( 1 \) 枚だけの部分をとめているものは \( 4 \) 個
重ねた部分 \( 36-1=35 \) か所を \( 2 \) 個使ってとめているので
\( 35 \times 2=70 \) 個
となり,合計は \( 4+70=74 \)(個)になります。
大問3
ふうがさんとりこさんの次の会話を読んで,(1),(2)の問いに答えなさい。
ただし,会話文中のそれぞれの机において,どのカードが引かれることも同様に確からしいとする。
ふうが:\( 1 \) から \( 8 \) までの数が1つずつ書かれた8枚のカード \( \boxed{1},\boxed{2},\boxed{3},\boxed{4},\boxed{5},\boxed{6},\boxed{7},\boxed{8} \) と,
\( + \) と \( – \) の記号が1つずつ書かれた2枚のカード \( \boxed{+},\boxed{-} \) があるね。
り こ:うん。カードを何枚か使って,いろいろな確率を考えてみようよ。
ふうが:まずは \( 1 \) から \( 8 \) までの数が1つずつ書かれた8枚のカードを使うね。
り こ:\( \boxed{1},\boxed{2},\boxed{6},\boxed{8} \) の4枚のカードをAの机へ,\( \boxed{3},\boxed{4},\boxed{5},\boxed{7} \) の4枚のカードをBの机へ
それぞれ置くよ(図1)。

ふうが:うん。Aの机,Bの机に置いてあるカードを数が見えないようにすべて裏返し,それぞれの机の上で
よく混ぜておくね。
り こ:Aの机とBの机からそれぞれ1枚ずつカードを引いたとき,Aの机から引いたカードに書かれた数が,
Bの机から引いたカードに書かれた数より大きくなる確率を求めてみようよ。
ふうが:この確率は Ⅰ になるよ。
り こ:そうだね。
(1)
➀ 会話文中の Ⅰ に当てはまる数を求めなさい。
【解説】
Aの机から引いたカードに書かれた数(「Aの数」とします)とBの机から引いたカードに
書かれた数(「Bの数」とします)の組み合わせを樹形図にして書き出し,
Aの数がBの数より大きくなるところに
○ をつけると,
すべての組み合わせは \( 16 \) 通り,
Aの数がBの数より大きくなる組み合わせは \( 7 \) 通り
なので,求める確率は \( \dfrac{7}{16} \) になります。

ふうが:引いたカードは,もとの机に数が見えないように裏返してもどすね。
り こ:Aの机には \( \boxed{1},\boxed{2},\boxed{6},\boxed{8} \) の4枚のカードが,Bの机には \( \boxed{3},\boxed{4},\boxed{5},\boxed{7} \) の4枚のカードがあるね。次はどうしようか。
ふうが:Aの机から引いたカードに書かれた数を十の位の数,Bの机から引いたカードに書かれた数を一の位の数とすれば,2けたの整数がつくれるね。
り こ:うん。Aの机,Bの机に置いてあるカードをそれぞれの机の上でもう一度よく混ぜておくね。その後,Aの机とBの机からそれぞれ1枚ずつカードを引いて2けたの整数をつくったとき,その整数が3の倍数になる確率を求めてみようよ。
ふうが:いいよ。この確率は Ⅱ だね。
り こ:そうだね。
➁ 会話文中の Ⅱ に当てはまる数を求めなさい。
【解説】
Aの机から引いたカードに書かれた数とBの机から引いたカードに書かれた数の組み合わせと
それぞれの組み合わせでできる2けたの整数を表にして書き出し,
2けたの整数が3の倍数になるところに
○ をつけると,
すべての組み合わせは \( 16 \) 通り,
2けたの整数が3の倍数になる組み合わせは \( 6 \) 通り
なので,求める確率は \( \dfrac{6}{16}=\dfrac{3}{8} \) になります。

ふうが:いろいろな確率が求められるね。
り こ:うん。最後は,\( \boxed{+},\boxed{-} \) の2枚のカードも使おうか。
ふうが:\( \boxed{7},\boxed{8} \) の2枚のカードをAの机へ,\( \boxed{+},\boxed{-} \) の2枚のカードをBの机へ,\( \boxed{1},\boxed{2} \) の
2枚のカードをCの机に置くね。
り こ:うん。だけど,Aの机にだけ Ⅲ のカードを1枚追加して3枚にしようよ(図2)。

ふうが:いいね。Aの机,Bの机,Cの机からこの順にそれぞれ1枚ずつカードを引くよ。引いた順に
カードを並べて計算した値について考えてみようか。例えば,Aの机から \( \boxed{7} \),Bの机から \( \boxed{-} \),
Cの机から \( \boxed{1} \) のカードを引いたとき,計算した値は,\( 7-1=6 \) になるよ。
り こ:そうすると,Bの机から \( \boxed{+} \) のカードを引いたときの計算は,たし算になるということだね。
ふうが:そうだよ。Aの机,Bの机,Cの机に置いてあるカードを数や記号が見えないようにすべて
裏返し,それぞれの机の上でよく混ぜておくね。
り こ:Aの机,Bの机,Cの机からこの順にそれぞれ1枚ずつカードを引いて,引いた順にカードを
並べて計算したとき,その値が素数になる確率を求めてみようよ。
ふうが:うん。この確率は,\( \dfrac{5}{12} \) になるよ。
(2) 会話文中の Ⅲ に当てはまるものを,次のア~エの中から1つ選んで,その記号を書きなさい。
ア \( \boxed{3} \) イ \( \boxed{4} \) ウ \( \boxed{5} \) エ \( \boxed{6} \)
【解説】
Aの机に追加したカードを \( \boxed{?} \) として,Aの机,Bの机,Cの机から引いたカードの
数や記号の組み合わせとその計算結果を樹形図にして書き出すと,次のようになります。

すべての組み合わせは \( 12 \) 通りあり,その中で,計算結果が素数になる組み合わせは,
Aの数が \( 7 \) または \( 8 \) のときに合計 \( 2 \) 通りあります。
会話の中で,計算結果が「素数になる確率は \( \dfrac{5}{12} \) 」とあることから,
計算結果が素数になる組み合わせは全部で \( 5 \) 通りになるので,
Aの数が ? のとき,計算結果が素数になる組み合わせは \( 3 \) 通りあることがわかります。
Aの机に追加したカードが \( \boxed{3},\boxed{4},\boxed{5},\boxed{6} \) であるときの
Aの机,Bの机,Cの机から引いたカードの数や記号の組み合わせと
その計算結果を樹形図にして書き出すと,
計算結果が素数になる組み合わせが \( 3 \) 通りになっているのは,
Aの数が \( 4 \) のときなので,追加したカードは \( \boxed{4} \) になります。

大問4
四角形について,次の(1),(2)の問いに答えなさい。
(1) 右の図1のように四角形 \( ABCD \) があり,対角線の交点を \( O \) とする。
このとき,四角形 \( ABCD \) がいつでも平行四辺形になる条件として正しいものを,次のア~エの中から1つ選んで,その記号を書きなさい。
ア \( AB=DC,AB//DC \)
イ \( AB=DC,AD//BC \)
ウ \( AB=BC,AD=DC \)
エ \( OA=OD,OB=OC \)
【解答】
ア \( AB=DC,AB//DC \)
【解説】
四角形 \( ABCD \) がいつでも平行四辺形になる条件は,
・ 1組の向かい合う辺が平行であり長さが等しい
・ 2組の向かい合う辺がそれぞれ平行である
のどちらか1つでも成り立っていることです。
ア~エの中でこれらの条件を満たしているのは,
ア \( AB=DC,AB//DC \)(1組の向かい合う辺が平行であり長さが等しい)
になります。
イ~エが平行四辺形にならない例は次の通りです。

(2) \( AB=8 \; cm,BC=12 \; cm,∠ABC=60° \) の平行四辺形 \( ABCD \) がある。
① 右の図2のように,平行四辺形 \( ABCD \) を対角線 \( AC \) を折り目として折ったとき,頂点 \( B \) が移った点を \( E \),辺 \( AD \) と辺 \( EC \) の交点を \( F \) とする。
このとき,\( △AFE≡△CFD \) であることを,次のように証明した。
Ⅰ ~ Ⅲ をうめて,証明を完成させなさい。
ただし, Ⅰ , Ⅱ については,当てはまるものとして最も適切なものを,\( \boxed{ } \) の選択肢のア~エの中からそれぞれ1つ選んで,その記号を書きなさい。
<証明>
\( △AFE \) と \( △CFD \) において,
平行四辺形の対辺は等しいから,
\( AB=DC \) ・・・ ➀
折り返したときの対応する辺の長さは等しいから,
\( AB=AE \) ・・・ ②
➀,②から,\( AE=DC \)
したがって,\( AE=CD \) ・・・ ➂
平行四辺形の対角は等しいから,
Ⅰ ・・・ ➃
折り返したときの対応する角は等しいから,
\( ∠ABC=∠AEC \) ・・・ ➄
➃,➄から,\( ∠AEC=∠CDA \)
したがって,\( ∠AEF=∠CDF \) ・・・ ⑥
Ⅱ は等しいから,
\( ∠AFE=∠CFD \) ・・・ ➆
⑥,➆と三角形の内角の和が \( 180° \) であることから,
\( ∠FAE=∠FCD \) ・・・ ⑧
➂,➅,⑧から, Ⅲ がそれぞれ等しいので,
\( △AFE≡△CFD \)
Ⅰ の選択肢
ア \( ∠CAD=∠ACE \) イ \( ∠ABC=∠CDA \)
ウ \( ∠ACB=∠CAD \) エ \( ∠ACB=∠ACE \)
Ⅱ の選択肢
ア 平行線の同位角 イ 平行線の錯角
ウ 対頂角 エ 二等辺三角形の底角
【解答】
Ⅰ ・・・ イ \( ∠ABC=∠CDA \)
Ⅱ ・・・ ウ 対頂角
Ⅲ ・・・ 1組の辺とその両端の角
➁ 平行四辺形 \( ABCD \) について,辺 \( AD \) の中点を \( M \) とする。右の図3のように,頂点 \( B \) が中点 \( M \) に重なるように折ったとき,その折り目を \( GH \) とする。
このとき,線分 \( MH \) の長さを求めなさい。
【解答】
\( MH=\dfrac{37}{5} \; cm \)
【解説】
まず,与えられた条件から,わかることを整理します。
点 \( M \) は辺 \( AD \) の中点なので,
平行四辺形の向かい合う辺の長さは等しいことから,
\( AM=\dfrac{1}{2}AD=\dfrac{1}{2}BC=6 \; (cm) \)
点 \( A \) から辺 \( BC \) に垂線をひくと,\( 30°,60°,90° \) の直角三角形ができます。
また,\( △MGH \) は \( △BGH \) を折り返した後の図形なので,\( MH=BH \) であることがわかります。
これらを利用して線分 \( MH \) の長さを求められないか考えます。
点 \( A,M \) から辺 \( BC \) に垂線をひき,
交点を \( J,K \) とすると,\( △ABJ \) は \( 30°,60°,90° \) の直角三角形なので,
\( AJ=\dfrac{\sqrt{3}}{2}AB=4\sqrt{3} \; (cm) \)
\( BJ=\dfrac{1}{2}AB=4 \; (cm) \)
四角形 \( AJKM \) は長方形になるので,
\( JK=AM=6 \; cm \)
\( MK=AJ=4\sqrt{3} \; cm \)
となります。
\( MH=x \; cm \) とすると,\( BH=MH=x \; cm \) と表せるので,
\( HK=BK-BH \)
\( =(4+6)-x \)
\( =10-x \; (cm) \)
と表すことができます。
\( △MHK \) において,三平方の定理より,
\( x^2=(10-x)^2+(4\sqrt{3})^2 \)
\( x^2=(x^2-20x+100)+48 \)
\( 20x=148 \)
\( 5x=37 \)
\( x=\dfrac{37}{5} \; (cm) \)
よって,線分 \( MH \) の長さは,\( \dfrac{37}{5} \; cm \) になります。
大問5
ひよりさんは,タブレット端末を利用して,関数について学んでいる。
右の図1において,\( m \) は,関数 \( y=\dfrac{1}{3}x^2 \) のグラフである。\( m \) 上の点で \( x \) 座標が \( 6 \) である点を \( A \),\( x \) 軸上の点で \( x \) 座標が \( -6 \) である点を \( B \) とする。また,\( x \) 軸上を原点 \( O \) から点 \( B \) まで動かすことができる点 \( P \) をとり,2点 \( A,P \) を通る直線を \( l \) とする。
このとき,次の (1),(2)の問いに答えなさい。
(1) 関数 \( y=\dfrac{1}{3}x^2 \) で,\( x \) の変域が \( -4≦x≦2 \) のとき,\( y \) の変域を求めなさい。
【解答】
\( 0≦y≦\dfrac{16}{3} \)
【解説】
関数 \( y=ax^2 \)( \( a \) は定数,\( a>0 \)) において,
\( x \) の変域が \( 0 \) を含むとき,\( y \) の最小値は必ず \( 0 \) になります。
また,\( x \) の絶対値が最も大きくなるとき,\( y \) の値は最大値をとります。
関数 \( y=\dfrac{1}{3}x^2 \) で,
\( x \) の変域が \( -4≦x≦2 \) のとき,\( 0 \) を含んでいるので,
\( y \) の最小値は \( 0 \) です。
また,\( x \) の絶対値が最も大きくなるのは,\( x=-4 \) のときなので,
そのときの \( y \) の値は,
\( y=\dfrac{1}{3} \times (-4)^2=\dfrac{16}{3} \)
であり,\( y \) の変域は,\( 0≦y≦\dfrac{16}{3} \) になります。

(2) ① ひよりさんは,原点 \( O \) から点 \( B \) まで左の方向へ点 \( P \) を動かした。
直線 \( l \) をグラフとする1次関数の式を \( y=ax+b \) とするとき,\( a \) の値と \( b \) の値がそれぞれどのように変化するか,当てはまるものの組み合わせとして正しいものを,次のア~エの中から1つ選んで,その記号を書きなさい。
ア \( a \) の値 ・・・ 大きくなる \( b \) の値 ・・・ 大きくなる
イ \( a \) の値 ・・・ 大きくなる \( b \) の値 ・・・ 小さくなる
ウ \( a \) の値 ・・・ 小さくなる \( b \) の値 ・・・ 大きくなる
エ \( a \) の値 ・・・ 小さくなる \( b \) の値 ・・・ 小さくなる
【解答】
ウ \( a \) の値 ・・・ 小さくなる \( b \) の値 ・・・ 大きくなる
【解説】
点 \( P \) が原点 \( O \) にあるときの直線 \( l \) のグラフを赤で,
点 \( P \) が点 \( B \) にあるときの直線 \( l \) のグラフを青で
かいたものが下の図になります。
直線 \( l \) のグラフが赤から青の状態まで少しずつ変化していくとき,
傾き \( a \) は小さく,また,切片 \( b \) は大きくなっています。

② 右の図2のように,点 \( P \) の \( x \) 座標を \( -3 \) ,直線 \( l \) と \( y \) 軸との交点を \( C \) とし,\( m \) 上の点で \( x \) 座標が \( 3 \) である点を \( D \) とする。また,\( x \) 軸上を動かすことができる点 \( Q \) をとる。
ひよりさんは,原点 \( O \) から右の方向へ点 \( Q \) を動かし,\( △ACQ \) の面積が四角形 \( ACOD \) の面積の2倍となるようにした。
このとき,点 \( Q \) の座標を求めなさい。
【解答】
\( Q \left( \dfrac{15}{2},0 \right) \)
【解説】
\( △ACQ \) と四角形 \( ACOD \) は,共通した部分もほとんどなく,それぞれの面積を求めることも面倒な形をしているので,それぞれの図形を等積変形により計算・比較しやすい形に変えてみます。
四角形 \( ACOD \) を三角形に変形する
四角形 \( ACOD \) を \( △ACO \) と \( △AOD \) に分けて考えると,
点 \( D \) を通り,線分 \( AO \) と平行な直線と \( y \) 軸の交点を \( D’ \) とすると,等積変形の考え方から,\( △AOD \) と \( △AOD’ \) の面積は等しくなっています。
四角形 \( ACOD=△ACO+△AOD \)
\( △ACD’=△ACO+△AOD’ \)
であることから,\( △AOD=△AOD’ \) であるとき,
四角形 \( ACOD \) と \( △ACD’ \) の面積は等しくなっています。
\( \phantom{ } \)

\( △ACQ \) を \( △ACQ’ \) に変形する
点 \( Q \) を通り,線分 \( AC \) と平行な直線と \( y \) 軸の
交点を \( Q’ \) とすると,等積変形の考え方から,
\( △ACQ \) と \( △ACQ’ \) の面積は等しくなっています。
\( \phantom{ } \)

ここから,\( △ACQ \) の面積が四角形 \( ACOD \) の面積の2倍となるとき,
\( △ACQ’ \) の面積が \( △ACD’ \) の面積の2倍となることがわかります。
\( △ACQ’ \) の面積が \( △ACD’ \) の面積の2倍となる条件を考える
\( △ACQ’ \) の底辺を辺 \( CQ’ \),\( △ACD’ \) の底辺を辺 \( CD’ \) と考えると,高さが共通であることから,\( △ACQ’ \) の面積が \( △ACD’ \) の面積の2倍となるのは,辺 \( CQ’ \) の長さが辺 \( CD’ \) の長さの2倍になるときです。
\( \phantom{ } \)
\( \phantom{ } \)

辺 \( CD’ \) の長さを求める
点 \( A \) は \( y=\dfrac{1}{3}x^2 \) 上の点で \( x \) 座標が \( 6 \) なので,
\( y=\dfrac{1}{3} \times 6^2=12 \)
であり,点 \( A \) の座標は \( A(6,12) \)
ここから,直線 \( AO \) の傾きは,
\( \dfrac{12-0}{6-0}=2 \)
点 \( D \) は \( y=\dfrac{1}{3}x^2 \) 上の点で \( x \) 座標が \( 3 \) なので,
\( y=\dfrac{1}{3} \times 3^2=3 \)
であり,点 \( D \) の座標は \( D(3,3) \)
直線 \( DD’ \) の式を \( y=2x+b \) とすると,
\( D(3,3) \) を通るので,
\( 3=2 \times 3+b \)
\( b=-3 \)
となり,点 \( D’ \) の座標は \( D'(0,-3) \)
\( \phantom{ } \)

直線 \( l \) は,\( A(6,12),P(-3,0) \) を通るので,傾きは,
\( \dfrac{12-0}{6-(-3)}=\dfrac{4}{3} \)
なので,この直線の式を \( y=\dfrac{4}{3}x+c \) とし,\( x=-3,y=0 \) を代入すると,
\( 0=\dfrac{4}{3} \times (-3)+c \)
\( c=4 \)
となり,点 \( C \) の座標は \( C(0,4) \)
よって,\( CD \) の長さは,
\( CD’=4-(-3)=7 \)
になります。
辺 \( CQ’ \) の長さが \( 14 \) になる点 \( Q \) の座標を求める
辺 \( CQ’ \) の長さが辺 \( CD’ \) の長さの2倍になるときの点 \( Q’ \) の \( y \) 座標を \( t \) とすると,
\( 4-t=7 \times 2 \)
\( t=-10 \)
であり,点 \( Q’ \) の座標は \( Q'(0,-10) \)
点 \( Q’ \) は,点 \( Q \) を通り,線分 \( AC \) と平行な直線と \( y \) 軸の交点なので,
この直線の式は \( y=\dfrac{4}{3}x-10 \) になっています。
点 \( Q \) の \( x \) 座標を \( s \) とすると,
\( 0=\dfrac{4}{3}s-10 \)
\( s=\dfrac{15}{2} \)
よって,求める点 \( Q \) の座標は \( Q \left( \dfrac{15}{2},0 \right) \)
\( \phantom{ } \)
\( \phantom{ } \)

大問6
右の図1のように,底面の半径が \( 9 \; cm \),高さが \( 12 \; cm \),母線の長さが \( 15 \; cm \) の円錐がある。
このとき,次の(1),(2)の問いに答えなさい。
ただし,円周率は \( \pi{} \) とする。
(1) この円錐の展開図について,側面になるおうぎ形の中心角の大きさとして正しいものを,次のア~オの中から1つ選んで,その記号を書きなさい。
ア \( 72° \) イ \( 108° \) ウ \( 135° \) エ \( 216° \) オ \( 270° \)
【解説】
円すいの展開図について,側面になるおうぎ形の弧の長さと底面になる円の円周の長さは等しくなります。
底面は半径 \( 9 \; cm \) の円なので,円周の長さは,
\( 2\pi{} \times 9=18 \pi{} \; (cm) \)
側面になるおうぎ形は,母線が半径になるので,
半径は \( 15 \; cm \) であり,中心角を \( x° \) とすると,
弧の長さは,
\( 2\pi{} \times 15 \times \dfrac{x}{360}=\dfrac{\pi{}}{12}x \; (cm) \)
と表すことができます。
よって,
\( \dfrac{\pi{}}{12}x=18 \pi{} \)
\( x=216(°) \)
(2) ① この円錐の体積を求めなさい。
【解答】
\( 324\pi{} \; cm^3 \)
【解説】
右の図のように母線と底面の半径を2辺とする
直角三角形に注目すると,
斜辺と最も短い辺の比が \( 15:9=5:3 \) である
ことから,3辺の長さの比は \( 3:4:5 \) なので,
この円すいの高さは
\( 9 \times \dfrac{4}{3}=12 \; (cm) \)
よって,求める体積は,
\( \pi{} \times 9^2 \times 12 \times \dfrac{1}{3}=324\pi{} \; (cm^3) \)
➁ 次の図2のように,円柱の形をした容器があり,水面の高さが \( 3 \; cm \) のところまで水が入っている。ここに,図1の円錐と同じ形,同じ大きさのおもりを入れると,図3のように,水面の高さが \( 4 \; cm \) になった。
このとき,容器の底面の半径を求めなさい。
ただし,容器の底面と水面は常に平行になっており,おもりの底面と容器の底面との間にすき間はないものとする。また,容器の厚さは考えないものとする。

【解答】
\( 2\sqrt{57} \; cm \)
【解説】
おもりを入れる前と後で水の量は変わらないのだから,増えたように見える高さ \( 1 \; cm \) 分の体積は,
水の中にあるおもりの体積と等しくなります。
下の図で,おもりの水の中にある部分に黄色の色を付け,容器と同じ底面の円柱になるように
形を変えると,高さが \( 1 \; cm \) になります。

おもりの水の中にある部分の体積を求める
問➀より,おもり全体の高さは \( 12 \; cm \) で,おもりを入れた後の水面の高さが \( 4 \; cm \) であることから,
水面より上にある部分(円すい)の高さは \( 8 \; cm \) です。
つまり,水の中にある部分の体積は,おもり全体の体積から水面より上にある部分(円すい)の体積を
ひいたものになります。
問➀と同様に母線と底面の半径を2辺とする
直角三角形に注目すると,右の図の赤と青の直角三角形は相似になっています。
水面より上にある部分(円すい)の底面の半径を \( x \; cm \) とすると,
\( x:9=8:12 \)
\( x=6 \; (cm) \)
なので,水面より上にある部分の体積は,
\( \pi{} \times 6^2 \times 8 \times \dfrac{1}{3}=96\pi{} \; (cm^3) \)
よって,水の中にある部分の体積は,
\( 324\pi{}-96\pi{}=228\pi{} \; (cm^3) \)
底面が容器と同じ半径で高さ1cmの円柱の体積を文字を使って表す
容器の底面の半径を \( y \; cm \) とすると,
底面が容器と同じ半径で高さ \( 1 \; cm \) の円柱の体積は,
\( \pi{} \times y^2 \times 1=\pi{}y^2 \; (cm^3) \)
と表すことができます。
容器の底面の半径を求める
これら2つの体積は等しいので,
\( \pi{}y^2=228\pi{} \)
\( y=2\sqrt{57} \; (cm) \)( \( y>0 \) より)