大問1
(1) \( -3-(-4) \)
【解説】
\( =-3+4 \)
\( =1 \)
(2) \( (-6ab) \times \dfrac{2}{3}b \)
【解説】
\( =-\dfrac{6ab \times 2b}{3} \)
\( =-4ab^2 \)
(3) \( 5(a-2b)+4(2a+b) \)
【解説】
\( =5a-10b+8a+4b \)
\( =13a-6b \)
(4) \( (3+\sqrt{2})(3-\sqrt{2}) \)
【解説】
\( =3^2-(\sqrt{2})^2 \)
\( =9-2 \)
\( =7 \)
(5) 方程式 \( (x+3)^2=7x+15 \) を解きなさい。
【解説】
\( x^2+6x+9=7x+15 \)
\( x^2-x-6=0 \)
\( (x+2)(x-3)=0 \)
\( x=-2,3 \)
(6) \( n \) は \( 2 \) 以上 \( 20 \) 以下の自然数とします。\( \sqrt{3(2n+1)} \) の値が自然数となるような \( n \) の値を求めなさい。
【解説】
\( \sqrt{3(2n+1)} \) の値が自然数となるのは,
\( \sqrt{\phantom{ }} \) の中の部分 \( 3(2n+1) \) の値が平方数(整数を2乗した数)になるときです。
\( 3(2n+1) \) に \( n \) の最小値 \( n=2 \) を代入すると,\( 3 \times (2 \times 2+1)=15 \)
\( 3(2n+1) \) に \( n \) の最大値 \( n=20 \) を代入すると,\( 3 \times (2 \times 20+1)=123 \)
なので,\( 3(2n+1) \) の値は \( 15 \) 以上 \( 123 \) 以下になります。
\( 15 \) 以上 \( 123 \) 以下の数のうち,平方数は
\( 16=4^2,25=5^2,36=6^2,49=7^2,64=8^2,81=9^2,100=10^2,121=11^2 \)
になります。
さらに,\( \color{red}{3}(2n+1) \) の値は,必ず \( 3 \) の倍数になることから,
\( 16 \) 以上 \( 121 \) 以下の平方数のうち,\( 3 \) の倍数なのは,
\( 36=6^2,81=9^2 \)
に限られます。
\( 3(2n+1)=36 \) になるとき,
\( 3(2n+1)=36 \)
\( 2n+1=12 \)
\( 2n=11 \)
\( n=\dfrac{11}{2} \) → 自然数ではないので不適
\( 3(2n+1)=81 \) になるとき,
\( 3(2n+1)=81 \)
\( 2n+1=27 \)
\( 2n=26 \)
\( n=13 \) → 自然数なので適
よって,あてはまる \( n \) の値は \( n=13 \) になります。
(7) 四角錐の投影図として最も適当なのは,ア~エのうちではどれですか。一つ答えなさい。

【解説】
四角すいは,右の図のように,
正面(→ の方向)から見ると三角形,
上(→ の方向)から見ると四角形
に見えるので,立面図が三角形,平面図が四角形になっている ウ になります。
(8) \( y \) が \( x \) に反比例するものは,ア~エのうちではどれですか。当てはまるものをすべて答えなさい。
ア 分速 \( x \; m \) で \( 30 \) 分歩いたときに進んだ道のり \( y \; m \)
イ 面積が \( 20 \; cm^2 \) の三角形の底辺 \( x \; cm \) と高さ \( y \; cm \)
ウ \( 100 \; cm \) のひもを \( x \) 等分したときの \( 1 \) 本の長さ \( y \; cm \)
エ 半径が \( x \; cm \) の円周の長さ \( y \; cm \)
【解説】
\( y \) が \( x \) に反比例することを表す式は
\( y=\dfrac{a}{x} \) または \( xy=a \)( \( a \) は定数)
になります。
ア ~ エ を式で表すと,
ア \( y=30x \)
イ \( \dfrac{1}{2}xy=20 \) → \( xy=40 \)
ウ \( y=\dfrac{100}{x} \)
エ \( y=2\pi{}x \)
なので,あてはまるのは イ と ウ になります。
(9) 次のことがらについて,内容の正誤を判断しなさい。
誤っている場合には,方眼を利用して反例となる四角形を一つかきなさい。
四つの辺がすべて等しい四角形は,正方形である。
【解答】
誤り
【反例】

【解説】
正方形である条件は,「四つの辺がすべて等しく,内角が \( 90° \) であること」です。
四つの辺がすべて等しいだけではひし形になります。
(10) 大小二つのさいころを同時に投げるとき,出た目の数の和が \( 12 \) の約数となる確率を求めなさい。ただし,さいころの \( 1 \) から \( 6 \) までの目の出方は,同様に確からしいものとします。
【解説】
二つのさいころを同時に投げたときの出た目の組み合わせとその和を表に書き出すと右の図のようになります。
\( 12 \) の約数は \( 1,2,3,4,6,12 \) であり,
あてはまる組み合わせは \( 12 \) 通り,
すべての組み合わせは \( 36 \) 通りなので,
その確率は \( \dfrac{12}{36}=\dfrac{1}{3} \) になります。
(11) 図のような \( △ABC \) において,辺 \( BC \) を底辺とみたときの高さを \( AH \) とするとき,辺 \( BC \) 上の点 \( H \) を定規とコンパスを使って作図しなさい。作図に使った線は残しておきなさい。
【解答】
この三角形の高さ \( AH \) は点 \( A \) から辺 \( BC \) にひいた垂線になります。
手順1 点 \( A \) を通る円弧を描く
(辺 \( BC \) との交点を \( D,E \) とします)
手順2 2点 \( D,E \) を通る円弧を描く
(交点を \( F \) とします)
手順3 2点 \( A,F \) を通る円弧を描く
手順3の直線と辺 \( BC \) との交点が
求める点 \( H \) になります。
大問2
花子さんの家の近所にある焼き鳥屋では,図に示すように,焼き鳥 \( 3 \) 本入りの商品Aと \( 5 \) 本入りの商品Bの2種類の商品が販売されています。(1),(2)に答えなさい。

(1) 焼き鳥 \( 3 \) 本入りの商品Aと \( 5 \) 本入りの商品Bを合わせて \( 160 \) 個用意したとき,焼き鳥の本数の合計が \( 700 \) 本でした。➀,➁に答えなさい。
➀ 用意した商品Aの個数を \( x \) 個,商品Bの個数を \( y \) 個として,連立方程式をつくりなさい。
【解答】
\( \left\{ \begin{array}{}
x+y=160 \\
3x+5y=700 \\
\end{array} \right. \)
【解説】
商品Aの個数を \( x \) 個,商品Bの個数を \( y \) 個用意したときの合計が \( 160 \) 個なので,
この関係を方程式で表すと \( x+y=160 \)
\( 3 \) 本入りの商品Aを \( x \) 個用意するのに必要な焼き鳥の本数は \( 3x \) 本,
\( 5 \) 本入りの商品Bを \( y \) 個用意するのに必要な焼き鳥の本数は \( 5y \) 本
と表すことができ,これらの合計が \( 700 \) 本なので,
この関係を方程式で表すと \( 3x+5y=700 \)
➁ 用意した商品Aと商品Bの個数は,それぞれ何個であるかを求めなさい。
【解答】
商品A ・・・ \( 50 \) 個
商品B ・・・ \( 110 \) 個
【解説】
問➀の連立方程式を解くと,
\( \left\{ \begin{array}{}
x+y=160 \;\; ・・・ \;\; ➀ \\
3x+5y=700 \;\; ・・・ \;\; ➁ \\
\end{array} \right. \)
➀ \( \times 3 \) すると,
\( 3x+3y=480 \) ・・・ ➀’
➁ \( – \) ➀’すると,
\( 2y=220 \)
\( y=110 \)
➀ に代入すると,
\( x+110=160 \)
\( x=50 \)
よって,用意した商品Aと商品Bの個数は,
商品Aが \( 50 \) 個,商品Bが \( 110 \) 個
になります。
(2) 焼き鳥 \( 3 \) 本入りの商品Aと \( 5 \) 本入りの商品Bをそれぞれ何個か用意したとき,焼き鳥の本数の合計が \( 62 \) 本でした。➀,➁に答えなさい。
➀ 次の数量の間の関係から,二元一次方程式をつくることができます。
用意した商品Aの個数を \( a \) 個,商品Bの個数を \( b \) 個とするとき,焼き鳥の本数の合計は \( 62 \) 本である。
\( a=19,b=1 \) は,この方程式の解の一つです。
\( a,b \) の値が,ともに \( 0 \) 以上の整数のとき,この方程式の解は,\( a=19,b=1 \) を含めて,
全部で何個あるかを求めなさい。
【解説】
(1)の問➀と同様の考え方から,
数量の間の関係からつくることができる二元一次方程式は,
\( 3a+5b=62 \)
になります。
この方程式において,まず \( b \) の取り得る値だけを考えると,
\( b=12 \) のとき,焼き鳥の本数は \( 5 \times 12=60 \)(本),
\( b=13 \) のとき,焼き鳥の本数は \( 5 \times 13=65 \)(本)→ \( 62 \) 本を超えているので×
なので,\( b \) の取り得る範囲は \( 0≦b≦12 \) であることがわかります。
ここから,\( 3a+5b=62 \) に \( b=0 \) から \( b=12 \) までを順に代入し,
\( a \) の値を求めると,
\( b=0 \) のとき \( a=\dfrac{62}{3} \) → \( a \) の値が整数ではないので×
\( b=1 \) のとき \( a=19 \)
\( b=2 \) のとき \( a=\dfrac{52}{3} \) → \( a \) の値が整数ではないので×
\( b=3 \) のとき \( a=\dfrac{47}{3} \) → \( a \) の値が整数ではないので×
\( b=4 \) のとき \( a=14 \)
\( b=5 \) のとき \( a=\dfrac{37}{3} \) → \( a \) の値が整数ではないので×
\( b=6 \) のとき \( a=\dfrac{32}{3} \) → \( a \) の値が整数ではないので×
\( b=7 \) のとき \( a=9 \)
\( b=8 \) のとき \( a=\dfrac{22}{3} \) → \( a \) の値が整数ではないので×
\( b=9 \) のとき \( a=\dfrac{17}{3} \) → \( a \) の値が整数ではないので×
\( b=10 \) のとき \( a=4 \)
\( b=11 \) のとき \( a=\dfrac{7}{3} \) → \( a \) の値が整数ではないので×
\( b=12 \) のとき \( a=\dfrac{2}{3} \) → \( a \) の値が整数ではないので×
となり,あてはまるのは,
\( (a,b)=(19,1),(14,4),(9,7),(4,10) \)
の4通りになります。
【別解】
焼き鳥 \( 3 \) 本入りの商品Aと \( 5 \) 本入りの商品Bは,
\( 3 \) 本と \( 5 \) 本の最小公倍数である \( 15 \) 本をまとめて考えると,
商品Aであれば \( 5 \) 個,商品Bであれば \( 3 \) 個がちょうど用意することができます。
\( \phantom{ } \)
問題文から,\( a=19,b=1 \) は,この方程式の解の一つであることがわかっているので,
\( a=19,b=1 \) から,商品Aの個数(\( a \) の値)を \( 5 \) 個減らして,商品Bの個数(\( b \) の値)を \( 3 \) 個増やしても全体の \( 62 \) 本は変わりません。
\( \phantom{ } \)
よって,
\( a=19,b=1 \) から順番に \( a \) の値を \( 5 \) 減らし,\( b \) の値を \( 3 \) 増やした
\( (a,b)=(14,4),(9,7),(4,10) \)
もこの方程式の解になります。
② 用意した商品Aと商品Bの個数の合計が最も少ないのは,商品Aと商品Bの個数がそれぞれ何個のときであるかを求めなさい。
【解答】
商品A ・・・ \( 4 \) 個
商品B ・・・ \( 10 \) 個
【解説】
➀の結果から,
商品Aが \( 19 \) 個,商品Bが \( \;\;1 \) 個のとき → 合計は \( 19+1=20 \) 個
商品Aが \( 14 \) 個,商品Bが \( \;\;4 \) 個のとき → 合計は \( 14+4=18 \) 個
商品Aが \( \;\; 9 \) 個,商品Bが \( \;\;7 \) 個のとき → 合計は \( 9+7=16 \) 個
商品Aが \( \;\; 4 \) 個,商品Bが \( 10 \) 個のとき → 合計は \( 4+10=14 \) 個
なので,合計が最も少ないのは,商品Aが \( 4 \) 個,商品Bが \( 10 \) 個のときになります。
【別解】
➀の【別解】の考え方から,
商品Aの個数を \( 5 \) 個減らして,商品Bの個数を \( 3 \) 個増やしても合計の本数は同じで,
商品Aと商品Bの個数の合計は \( 2 \) 個減ることになります。
\( \phantom{ } \)
つまり,商品Bの個数を増やすほど,商品Aと商品Bの個数の合計が少なくなるので,
➀で求めた4つの組み合わせのうち,商品Bの個数が最も多い
商品Aが \( 4 \) 個,商品Bが \( 10 \) 個
のときに商品Aと商品Bの個数の合計は最も少なくなります。
大問3
体育委員の太郎さんは,中学生の握力について調べています。図は,太郎さんの中学校で実施した2010年,2015年,2020年の2年生の握力測定の記録をもとに作った箱ひげ図です。いずれの年もデータの個数は \( 47 \) 個です。(1)~(4)に答えなさい。

(1) 太郎さんが作った箱ひげ図から読み取れることとして,次のことがらは,正しいといえますか。[選択肢]のア~ウの中から最も適当なものを一つ答えなさい。
第3四分位数は,2010年が最も大きい。
[選択肢]
ア 正しい イ 正しくない ウ 太郎さんが作った箱ひげ図からはわからない
【解説】

第3四分位数は箱の右端の縦線の部分の値になります。
3つの箱ひげ図のうち,箱の部分の右端が最も右側にあるのは2010年なので,
この文章は正しいといえます。
(2) 四分位範囲は,データの散らばりの度合いを表す指標です。太郎さんが作った箱ひげ図の2010年と2015年では,それぞれの年のすべてのデータのうち,真ん中に集まる約半数のデータについて,散らばりの度合いが大きいのはどちらですか。また,そのように判断した理由を答えなさい。その際,四分位範囲が箱ひげ図のどの部分を表しているかにふれて答えなさい。
【解答】
四分位範囲は,箱ひげ図の箱の部分の長さが長いほど大きいので,
2015年より箱の長さが長い2010年の方が四分位範囲が大きく,
散らばりの度合いが大きい。
太郎さんは,2015年と2020年の箱ひげ図が同じなので,箱ひげ図を作るときにもとにしたデータを使って,ヒストグラムを作りました。

(3) 2015年,2020年の二つのヒストグラムから読み取れることを正しく説明しているのは,ア~エのうちではどれですか。当てはまるものをすべて答えなさい。
ア \( 30.0 \; kg \) 以上 \( 30.5 \; kg \) 未満の階級には,どちらの年もデータが含まれている。
イ 度数が最も多い階級の階級値は,2015年より2020年の方が大きい。
ウ 中央値が入っている階級の度数は,どちらの年も同じである。
エ \( 28.0 \; kg \) 以上 \( 28.5 \; kg \) 未満の階級の累積相対度数は,2020年より2015年の方が大きい。
【解説】
ア ・・・ 2015年は,\( 30.0 \; kg \) 以上 \( 30.5 \; kg \) 未満の階級の度数が \( 0 \) なので,
正しくありません。
イ ・・・ 階級値とは,その階級の幅の真ん中の値のことです。
2015年の度数が最も多い階級は \( 29.0 \; kg \) 以上 \( 29.5 \; kg \) 未満の階級であり,
階級値は \( \dfrac{29.0+29.5}{2}=29.25 \; (kg) \) ,
2020年の度数が最も多い階級は \( 29.5 \; kg \) 以上 \( 30.0 \; kg \) 未満の階級であり,
階級値は \( \dfrac{29.5+30.0}{2}=29.75 \; (kg) \) ,
なので,2015年より2020年の方が大きく,正しいといえます。
ウ ・・・ 各年のデータの個数が \( 47 \) 個なので,中央値は,小さい方から \( 24 \) 番目の値です。
ヒストグラムに累積度数を書き込むと下の図のようになります。
小さい方から \( 24 \) 番目の値が入っている階級は,
2015年は,\( 29.0 \; kg \) 以上 \( 29.5 \; kg \) 未満の階級であり,この階級の度数は \( 13 \) 人,
2020年は,\( 29.0 \; kg \) 以上 \( 29.5 \; kg \) 未満の階級であり,この階級の度数は \( 12 \) 人,
なので,正しくありません。

エ ・・・ 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
で求められます。
2015年の \( 28.0 \; kg \) 以上 \( 28.5 \; kg \) 未満の階級の累積度数は,\( 9 \) 人,
すべての階級の度数の合計は \( 47 \) 人 なので,累積度数は,\( 9 \div 47=\dfrac{9}{47} \)
2020年の \( 28.0 \; kg \) 以上 \( 28.5 \; kg \) 未満の階級の累積度数は,\( 6 \) 人,
すべての階級の度数の合計は \( 47 \) 人 なので,累積度数は,\( 6 \div 47=\dfrac{6}{47} \)
よって,2020年より2015年の方が大きいので正しいといえます。
(4) 次の文章は,握力について調べた後の太郎さんの振り返りです。<太郎さんの振り返り>について,
(あ) ~ (う) に当てはまることばの組み合わせとして最も適当なのは,ア~カのうちではどれ
ですか。一つ答えなさい。
<太郎さんの振り返り>
箱ひげ図は, (あ) という特徴がある。また,四分位数や四分位範囲などを読み取りやすく, (い) などを読み取りにくいという特徴がある。一方,ヒストグラムは, (い) や (う) などを読み取りやすいという特徴があるため,目的に応じて二つを合わせて用いることが必要な場面もある。
ア (あ) 一つのデータの分布を詳細に読み取ることができる
(い) 最大値 (う) 範囲
イ (あ) 一つのデータの分布を詳細に読み取ることができる
(い) 最大値 (う) 分布の形
ウ (あ) 複数のデータの分布を一度に比較しやすい
(い) 最大値 (う) 範囲
エ (あ) 一つのデータの分布を詳細に読み取ることができる
(い) 最頻値 (う) 分布の形
オ (あ) 複数のデータの分布を一度に比較しやすい
(い) 最頻値 (う) 分布の形
カ (あ) 複数のデータの分布を一度に比較しやすい
(い) 最頻値 (う) 範囲
【解説】
【箱ひげ図の特徴】
箱ひげ図には,「複数のデータの分布を一度に比較しやすい」という特徴があります。
この問題のように複数の比較対象について箱ひげ図を並べて記載することで,
一目で分布の状態を比較できます。
また,四分位数や四分位範囲などを読み取りやすいので,
データの散らばり具合を判断しやすくなっています。
ただし,ひげの中や箱の中の部分にあるデータの分布を詳細に判断することには適していません。
2020年の箱ひげ図の場合,左側のひげの部分には最小値と第1四分位数を除くと
10個のデータが含まれています。
箱ひげ図だけでは,10個のデータが赤,青,緑,オレンジのどの部分に多く分布しているか判断できません。
箱ひげ図では,最大値,最小値,中央値などの代表値が明確になる一方,
度数の詳細な分布がわからないため,ほとんどの場合最頻値を読み取ることはできません。

【ヒストグラムの特徴】
ヒストグラムには,1つの対象についてのデータの分布をより詳細に判断できるという特徴があります。
2020年のデータの場合,箱ひげ図では,\( 28.0 \; kg \) 以上 \( 28.5 \; kg \) 未満の階級の度数はわかりませんが,ヒストグラムをみると,度数が \( 5 \) 人であることがわかります。
ただし,ヒストグラムは1つの図が大きくなりがちなため,
比較対象が増えれば増えるほど比較しにくくなってしまいます。
ヒストグラムでは,階級ごとの度数の分布が明確になるため,最頻値はわかりやすくなっていますが,
最大値,最小値などの代表値はほとんどの場合読み取ることができません。

大問4
図のように,関数 \( y=\dfrac{1}{2}x^2 \) のグラフと関数 \( y=\dfrac{1}{6}x^2 \) のグラフがあります。二つのグラフ上の点を結んでできる二つの三角形について,それらの間の関係を考えます。(1)~(4)に答えなさい。
【図の説明】
・ 点 \( O \) を原点とする座標平面上に, 関数 \( y=\dfrac{1}{2}x^2 \) のグラフと関数 \( y=\dfrac{1}{6}x^2 \) のグラフがある。
・ 点 \( A,C,E,G \) は,関数 \( y=\dfrac{1}{6}x^2 \) のグラフ上にある。
・ 点 \( B,D,F \) は,関数 \( y=\dfrac{1}{2}x^2 \) のグラフ上にある。
・ 点 \( A,B,C,D,E,F,G \) の \( x \) 座標は正である。
・ 点 \( A \) と点 \( B, \) 点 \( C \) と点 \( D, \) 点 \( E \) と点 \( F \) の \( x \) 座標はそれぞれ等しい。
・ 点 \( B \) と点 \( C, \) 点 \( D \) と点 \( E, \) 点 \( F \) と点 \( G \) の \( y \) 座標はそれぞれ等しい。
・ 点 \( A,B,C \) を結び,三角形 \( ABC \) をつくる。
・ 点 \( E,F,G \) を結び,三角形 \( EFG \) をつくる。
(1) \( a \) を正の定数とするとき,関数 \( y=ax^2 \) に関して述べたⅠ,Ⅱ,Ⅲの文について,内容の正誤を表したものとして最も適当なのは,ア~カのうちではどれですか。一つ答えなさい。
Ⅰ \( x \) の変域が \( -1≦x≦2 \) のとき,\( y \) の変域は \( a≦y≦4a \) である。
Ⅱ 変化の割合は常に一定である。
Ⅲ グラフは \( y \) 軸について対称である。
ア Ⅰのみ正しい。
イ Ⅱのみ正しい。
ウ Ⅲのみ正しい。
エ ⅠとⅡのみ正しい。
オ ⅠとⅢのみ正しい。
カ ⅡとⅢのみ正しい。
【解説】
Ⅰ ・・・ 二次関数 \( y=ax^2 \)(\( a>0,a \) は定数)のグラフにおいて,
\( x \) の変域が \( 0 \) を含むとき,\( y \) の最小値は \( 0 \) 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。
\( y=ax^2 \) のグラフにおいて,\( x \) の変域が \( -1≦x≦2 \) のとき,
\( x \) の変域は \( 0 \) を含んでいるので,\( y \) の最小値は \( 0 \) になります。
また,\( x \) の絶対値が最も大きくなるのは \( x=2 \) のときなので,
\( y \) の最大値は,
\( y=a \times 2^2=4a \)
よって,あてはまる \( y \) の変域は \( 0≦y≦4a \) なので,正しくありません。
Ⅱ ・・・ 変化の割合とは,任意の2点を直線で結んだときの傾きになります。
2点 \( (0,0),(1,a) \) を結ぶ直線の傾きを \( m \) とすると,
\( m=\dfrac{a-0}{1-0}=a \)
2点 \( (1,a),(2,4a) \) を結ぶ直線の傾きを \( n \) とすると,
\( n=\dfrac{4a-a}{2-1}=3a \)
であり,変化の割合は一定ではないので,正しくありません。
Ⅲ ・・・ \( x=1 \) のとき,\( y=a \times 1^2=a \) \( x=-1 \) のとき,\( y=a \times (-1)^2=a \)
\( x=2 \) のとき,\( y=a \times 2^2=4a \) \( x=-2 \) のとき,\( y=a \times (-2)^2=4a \)
\( x=3 \) のとき,\( y=a \times 3^2=9a \) \( x=-3 \) のとき,\( y=a \times (-3)^2=9a \)
・・・
\( x=t \) のとき,\( y=a \times t^2=at^2 \) \( x=-t \) のとき,\( y=a \times (-t)^2=at^2 \)
となり,\( x \) 座標の絶対値が等しければ,どのような値をとっても \( y \) 座標の値は等しくなるので,
このグラフは \( y \) 軸について対称であるといえ,正しいです。
(2) 点 \( A \) の \( x \) 座標を \( t \) とするとき,点 \( C \) の \( y \) 座標を \( t \) を用いて表しなさい。
【解答】
\( \dfrac{1}{2}t^2 \)
【解説】
点 \( B \) は \( y=\dfrac{1}{2}x^2 \) 上の点で,\( x \) 座標は \( t \) なので,
\( y \) 座標は,
\( y=\dfrac{1}{2} \times t^2=\dfrac{1}{2}t^2 \)
点 \( B \) と \( C \) の \( y \) 座標は等しいので,
点 \( C \) の \( y \) 座標も \( \dfrac{1}{2}t^2 \) になります。
(3) 次のことがらは,3点 \( A,B,C \) の座標について述べています。 あ , い に適当な数を書きなさい。
点 \( B \) の \( y \) 座標は,点 \( A \) の \( y \) 座標の あ 倍になっている。
点 \( C \) の \( y \) 座標も,点 \( A \) の \( y \) 座標の あ 倍になっている。
\( y \) は \( x \) の2乗に比例するので,
点 \( C \) の \( x \) 座標は,点 \( A \) の \( x \) 座標の い 倍になっている。
【解答】
あ ・・・ \( 3 \)
い ・・・ \( \sqrt{3} \)
【解説】
あ
点 \( A \) の \( x \) 座標を \( t \) とするとき,
点 \( A \) の \( y \) 座標は,\( \dfrac{1}{6}t^2 \)
点 \( B \) の \( y \) 座標は,\( \dfrac{1}{2}t^2 \)
なので,\( \dfrac{1}{2}t^2 \div \dfrac{1}{6}t^2=3 \) より,
点 \( B \) の \( y \) 座標は,点 \( A \) の \( y \) 座標の \( 3 \) 倍になっています。
い
\( y \) が \( x \) の2乗に比例するとき,\( x \) の値が \( m \) 倍になると,\( y \) の値は \( m^2 \) 倍になります。
つまり,点 \( C \) の \( y \) 座標が点 \( A \) の \( y \) 座標の \( 3 \) 倍になることから,
点 \( C \) の \( x \) 座標は点 \( A \) の \( x \) 座標の \( \sqrt{3} \) 倍になっています。
念のために点 \( C \) の \( y \) 座標が \( \dfrac{1}{2}t^2 \) であるときの \( x \) 座標の値を求めると,
\( \dfrac{1}{2}t^2=\dfrac{1}{6}x^2 \)
\( x^2=3t^2 \)
\( x=\sqrt{3}t \)(\( x>0 \) より)
よって,点 \( A \) の \( x \) 座標を \( t \) とするとき,点 \( C \) の \( x \) 座標は \( \sqrt{3}t \) となるので,
点 \( C \) の \( x \) 座標は点 \( A \) の \( x \) 座標の \( \sqrt{3} \) 倍になっていることが確認できます。
(4) \( △EFG \) の面積は,\( △ABC \) の面積の何倍かを求めなさい。
【解説】
(3)までの続きで点 \( D \) の \( y \) 座標を求めると,
点 \( D \) は \( y=\dfrac{1}{2}x^2 \) 上の点で,\( x \) 座標は \( \sqrt{3}t \) なので,
\( y \) 座標は,
\( y=\dfrac{1}{2} \times (\sqrt{3}t)^2=\dfrac{3}{2}t^2 \)
以後,同様に点 \( E,F,G \) の座標を求めると,
\( E \left( 3t,\dfrac{3}{2}t^2 \right),F \left( 3t,\dfrac{9}{2}t^2 \right),G \left( 3\sqrt{3}t,\dfrac{9}{2}t^2 \right) \)
と表すことができます。
ここまでから,\( △ABC \) において,
\( BC=\sqrt{3}t-t=(\sqrt{3}t-1)t \)
\( AB=\dfrac{1}{2}t^2-\dfrac{1}{6}t^2=\dfrac{1}{3}t^2 \)
\( △EFG \) において,
\( FG=3\sqrt{3}t-3t=3(\sqrt{3}t-1)t=3BC \)
\( EF=\dfrac{9}{2}t^2-\dfrac{3}{2}t^2=3t^2=9AB \)
よって,\( △EFG \) は,\( △ABC \) に対して,底辺が \( 3 \) 倍,高さが \( 9 \) 倍なので,
面積は \( 27 \) 倍になります。
(底辺が \( 9 \) 倍,高さが \( 3 \) 倍と考えても結果は同じです。)
大問5
図のように,1辺の長さが \( 4 \; cm \) の正方形 \( ABCD \) があり,辺 \( BC \) の中点を \( E \) とし,線分 \( AE \) を1辺とする正方形 \( AEFG \) をかきます。点 \( A \) と点 \( C \),点 \( A \) と点 \( F \),点 \( C \) と点 \( F \) をそれぞれ結び,線分 \( EF \) と線分 \( AC \) の交点を \( H \) とします。(1)~(5)に答えなさい。
(1) 線分 \( AE \) の長さを求めなさい。
【解答】
\( AE=2\sqrt{5} \; cm \)
【解説】
\( △ABE \) において,
正方形の内角なので,\( ∠ABE=90° \),
点 \( E \) は,辺 \( BC \) の中点なので,
\( BE=\dfrac{1}{2}BC=2 \; (cm) \)
三平方の定理より,
\( AE^2=AE^2+BE^2 \)
\( =4^2+2^2 \)
\( =20 \)
\( AE=2\sqrt{5} \; (cm) \)(\( AE>0 \) より)
(2) \( △AHF \) ∽ \( △EHC \) を証明しなさい。
【解答】
\( △AHF \) と \( △EHC \) において,
対頂角は等しいので,
\( ∠AHF=∠EHC \) ・・・ ➀
\( △AEF \) と \( △ABC \) は直角二等辺三角形なので,
\( ∠AFH=∠ECH=45° \) ・・・ ➁
➀➁より,2組の角がそれぞれ等しいので,
\( △AHF \) ∽ \( △EHC \)
(3) \( ∠ACF \) の大きさを求めなさい。
【解説】
(2)より \( ∠AFH=∠ECH \) であることに注目すると,
\( △AFE \) と \( △ACE \) は,辺 \( AE \) が共通なので,\( ∠AFE=∠ACE \) より,この2つの角を
\( \stackrel{\huge\frown}{ AE } \) に対する円周角である考えることができます。
ここから,4点 \( A,E,C,F \) は同一円周上の点
であることがわかります。
\( ∠AEF \) は \( \stackrel{\huge\frown}{ AF } \) に対する円周角で,
正方形\( AEFG \) の内角でもあることから,
\( ∠AEF=90° \) なので,
線分 \( AF \) は直径であることがわかります。
よって,\( ∠ACF \) も直径 \( AF \) に対する円周角
なので,\( ∠ACF=90° \) になります。
(4) 線分 \( CH \) の長さを求めなさい。
【解答】
\( CH=\dfrac{2\sqrt{2}}{3} \; cm \)
【解説】
(2)より \( △AHF \) ∽ \( △EHC \) であることに注目すると,
\( △AEF \) は直角二等辺三角形で,\( AE=2\sqrt{5} \; cm \) であることから,
\( AF=\sqrt{2}AE=2\sqrt{10} \; (cm) \)
点 \( E \) は,辺 \( BC \) の中点なので,
\( EC=\dfrac{1}{2}BC=2 \; (cm) \)
であり,
\( AH:EH=AF:EC=2\sqrt{10}:2=\sqrt{10}:1 \)
になっています。
\( EH=x \; cm \) とすると,\( AH:EH=\sqrt{10}:1 \) より, \( AH=\sqrt{10}x \; cm \) と表せるので,
\( △AEH \) において 三平方の定理より,
\( AH^2-EH^2=AE^2 \)
\( (\sqrt{10}x)^2-x^2=(2\sqrt{5})^2 \)
\( 9x^2=20 \)
\( x=\dfrac{2\sqrt{5}}{3} \; (cm) \)(\( x>0 \) より)
なので,
\( AH=\sqrt{10}x=\dfrac{10\sqrt{2}}{3} \; (cm) \)
\( △AEF \) は直角二等辺三角形なので,
\( AC=\sqrt{2}AB=4\sqrt{2} \; (cm) \)
よって,線分 \( CH \) の長さは,
\( CH=AC-AH \)
\( =4\sqrt{2}-\dfrac{10\sqrt{2}}{3} \)
\( =\dfrac{2\sqrt{2}}{3} \; (cm) \)
(5) 3点 \( A,E,F \) を通る円の中心を \( P \),3点 \( C,F,H \) を通る円の中心を \( Q \) とします。このとき,線分 \( PQ \) の長さを求めなさい。
【解答】
\( PQ=\dfrac{5\sqrt{2}}{3} \; cm \)
【解説】
線分 \( PQ \) の長さを求めるために,まず,2点 \( P,Q \) がどこにあるのかを考えます。
3点 \( A,E,F \) を通る円について考えると,
\( ∠AEF \) は円 \( P \) の円周角であり,
\( ∠AEF=90° \) なので,線分 \( AF \) は直径になっています,
ここから,中心 \( P \) は線分 \( AF \) の中点であることがわかります。
同様に,3点 \( C,F,H \) を通る円について考えると,中心 \( Q \) は線分 \( HF \) の中点であることがわかります。
点 \( P \) は線分 \( AF \) の中点,
点 \( Q \) は線分 \( HF \) の中点であることから,
\( △AFH \) において,中点連結定理より,
\( PQ=\dfrac{1}{2}AH \)
になっています。
(4)より,\( AH=\dfrac{10\sqrt{2}}{3} \; cm \) なので,
\( PQ=\dfrac{1}{2}AH=\dfrac{5\sqrt{2}}{3} \; (cm) \)