大問1
(1) \( 3×(-4)+7 \) を計算しなさい。
【解説】
\( =-12+7 \)
\( =-5 \)
(2) \( \dfrac{1}{5}a-\dfrac{3}{2}a \) を計算しなさい。
【解答】
\( -\dfrac{13}{10}a \)
【解説】
\( =\dfrac{2}{10}a-\dfrac{15}{10}a \)
\( =-\dfrac{13}{10}a \)
(3) \( (-3x)^2 \div \dfrac{6}{5}xy \times 4y^3 \) を計算しなさい。
【解説】
\( =\dfrac{(-3x)^2 \times 5 \times 4y^3}{6xy} \)
\( =\dfrac{9x^2 \times 5 \times 4y^3}{6xy} \)
\( =30xy^2 \)
(4) 次の連立方程式を解きなさい。
\( \left\{ \begin{array}{}
4x+3y=-5 \\
5x+2y=6 \\
\end{array} \right. \)
【解説】
\( \left\{ \begin{array}{}
4x+3y=-5 \;\; ・・・ \;\; ➀ \\
5x+2y=6 \;\; ・・・ \;\; ➁ \\
\end{array} \right. \)
➀\( \times 2 \) すると,
\( 8x+6y=-10 \) ・・・ ➀’
➁\( \times 3 \) すると,
\( 15x+6y=18 \) ・・・ ➁’
➁’\( – \) ➀’すると,
\( 7x=28 \)
\( x=4 \)
➁に代入すると,
\( 5 \times 4+2y=6 \)
\( 2y=-14 \)
\( y=-7 \)
(5) \( \sqrt{8}(4-\sqrt{2}) \) を計算しなさい。
【解説】
\( =2\sqrt{2}(4-\sqrt{2}) \)
\( =8\sqrt{2}-4 \)
(6) \( x=\dfrac{2}{3} \) のとき,式 \( (x+1)^2-x(x-2) \) の値を求めなさい。
【解説】
与式 \( =(x^2+2x+1)-(x^2-2x) \)
\( =4x+1 \)
\( x=\dfrac{2}{3} \) を代入すると,
\( 4 \times \dfrac{2}{3}+1=\dfrac{11}{3} \)
(7) 右の図は半径 \( 3 \) の半球です。この半球の体積を求めなさい。
【解答】
\( 18\pi{} \; cm^3 \)
【解説】
\( \dfrac{4}{3} \pi{} \times 3^3 \times \dfrac{1}{2}=18\pi{} \; (cm^3) \)
(8) Aさん,Bさん,Cさん,Dさん,Eさんの5人は,あるゲームをしました。5人がそれぞれ獲得した得点の平均点は,\( 67 \) 点でした。下の表は,ある得点を基準とし,5人それぞれの得点から,基準としたある得点をひいた差を表しています。基準とした得点を求めなさい。

【解説】
表に書かれている基準点との差をすべて合計すると,
\( (+7)+(-13)+(+5)+(-9)+(+20)=10 \)
なので,
1人あたりの得点は,基準点より \( 10 \div 5=2 \)(点)ずつ高かったことになります。
基準点を \( x \) 点とすると,
\( x+2=67 \)
\( x=65 \)(点)
(9) ある時間帯において,X町のA地点,B地点の歩行者の人数を \( 30 \) 日間調べました。A地点の箱ひげ図は,図1のようになりました。表はB地点の最大値,範囲,第3四分位数,四分位範囲,中央値をまとめたものです。図2にB地点の箱ひげ図をかきなさい。


【解説】

箱ひげ図を書くためには,
最小値,第一四分位数,中央値,第三四分位数,最大値
がわかる必要があるので,
最小値と第一四分位数を求める必要があります。
範囲と四分位範囲は,
範囲 \( = \) 最大値 \( – \) 最小値
四分位範囲 \( = \) 第三四分位数 \( – \) 第一四分位数
で求められるので,
最小値 \( = \) 最大値 \( – \) 範囲 \( =76-48=28 \)(人)
第一四分位数 \( = \) 第三四分位数 \( – \) 四分位範囲 \( =62-20=42 \)(人)
大問2
正多面体について,授業で学んだことをノートにまとめています。後の(1)から(4)までの各問いに答えなさい。
まとめ
へこみのない多面体のうち,[1]と[2]のどちらも成り立つものを, 正多面体という。
[1] すべての面が合同な正多角形である。
[2] どの頂点に集まる面の数も同じである。
(1) 図1のような,2つの合同な正四面体があります。図2は,図1の2つの正四面体の底面にあたる,\( △BCD \) と \( △FGH \) を,頂点 \( B \) と頂点 \( H \),頂点 \( C \) と頂点 \( G \),頂点 \( D \) と頂点 \( F \) で重ねた六面体です。この六面体が正多面体でない理由を説明しなさい。

【解答】
頂点 \( A \) に集まる面の数は3つ,頂点 \( C(G) \) に集まる面の数は4つで異なっているから
(2) 図3のような正四面体と,図4のような正六面体があります。図3の \( h \),図4の \( h’ \) は,これらの立体の高さとします。高さにあたる線分と底面は垂直な位置関係です。これより,直線と平面が垂直な位置関係であることについて考えます。図5のように,平面 \( P \) と直線ℓが交わる点を \( O \) とします。このとき,直線ℓが,点 \( O \) を通る と垂直であるとき,平面 \( P \) と直線ℓは垂直であるといえます。
にあてはまる言葉を書きなさい。

【解答】
平面 \( P \) 上にある2本の直線
(3) 図6のような正八面体の表面積を求めなさい。ただし,1辺の長さを \( 6 \) とします。
【解説】
まとめ[1] すべての面が合同な正多角形である。 より,
正八面体の8つの面はすべて,1辺の長さが \( 6 \) の正三角形に
なっています。
1辺の長さが \( 6 \) の正三角形の面積は,
\( 6 \times 3\sqrt{3} \times \dfrac{1}{2}=9\sqrt{3} \)

なので,この正八面体の表面積は,
\( 9\sqrt{3} \times 9=72\sqrt{3} \)
(4) 図7のような正四面体が3つと,図8のような正六面体が2つあります。3つの正四面体それぞれの各面には,\( 1 \) から \( 4 \) までの数字を1つずつ書き,2つの正六面体それぞれの各面には,\( 1 \) から \( 6 \) までの数字を1つずつ書きました。2つの正六面体を同時に投げたとき,上面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になる確率は,\( \dfrac{1}{6} \) になります。
3つの正四面体を同時に投げたとき,底面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になる確率も同じになるか調べます。ただし,どの数が出ることも同様に確からしいとします。
下線部の確率を求めなさい。また,2つの正六面体を同時に投げたとき,上面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になる確率と,求めた下線部の確率について,次のアからウのうち,正しいものを1つ選んで,記号で書きなさい。
ア どちらの確率も同じである。
イ 2つの正六面体を同時に投げたとき,上面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になる確率の方が高い。
ウ 3つの正四面体を同時に投げたとき,底面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になる確率の方が高い。
【解答】
確率 \( \dfrac{5}{32} \)
記号 イ 2つの正六面体を同時に投げたとき,上面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になる確率の方が高い。
【解説】
【2つの正六面体を同時に投げたとき,上面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になる確率】
2つの正六面体の上面に書かれた数の組み合わせとその和を表に書き出し,\( 10 \) 以上になるところに ○ をつけてみます。
和が \( 10 \) 以上になる組み合わせは,\( 6 \) 通り,
すべての組み合わせは \( 36 \) 通りなので,
確率は,\( \dfrac{6}{36}=\dfrac{1}{6} \)
【3つの正四面体を同時に投げたとき,底面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になる確率】
3つの正四面体の底面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になるときの3つの数の組み合わせは,
\( (2,4,4),(3,3,4),(3,4,4),(4,4,4) \) のどれかになるときです。
3つの正四面体をA,B,Cとすると,
\( (2,4,4) \) になるのは,
Aだけが \( 2 \) になるとき,Bだけが \( 2 \) になるとき,Cだけが \( 2 \) になるとき
の3通り
\( (3,3,4) \) になるのは,
Aだけが \( 4 \) になるとき,Bだけが \( 4 \) になるとき,Cだけが \( 4 \) になるとき
の3通り
\( (3,4,4) \) になるのは,
Aだけが \( 3 \) になるとき,Bだけが \( 3 \) になるとき,Cだけが \( 3 \) になるとき
の3通り
\( (4,4,4) \) になるのは,1通り
なので,全部で \( 10 \) 通り
すべての組み合わせは \( 4 \times 4 \times 4=64 \) 通りなので,
確率は,\( \dfrac{10}{64}=\dfrac{5}{32} \)
よって,\( \dfrac{1}{6}=\dfrac{5}{30}>\dfrac{5}{32} \) なので,
イ 2つの正六面体を同時に投げたとき,上面に書かれた数の和が \( 10 \) 以上になる確率の方が高い。
ちなみに,正四面体の底面の数の組み合わせを樹形図として書き出すと

大問3
Aさんには,弟のBさんと,姉のCさんがいます。図1のように,家から西へ \( 800 \; m \) 離れたところに駅があり,家から東へ \( 1600 \; m \) 離れたところに公園があり,公園から東へ \( 300 \; m \) 離れたところに図書館があります。ただし,駅,家,公園,図書館は,一直線の道沿いにあり,Aさん,Bさん,Cさんは,それぞれこの道を移動することとします。後の(1),(2)の各問いに答えなさい。

(1) Aさんは駅から公園に向かって歩きました。駅から家までは分速 \( x \; m \) で歩き,家から公園までは,駅から家まで歩いた速さの \( 0.8 \) 倍の速さで歩いて,全部で \( 28 \) 分かかりました。\( x \) の値を求めなさい。
【解説】
駅から家までは,\( 800 \; m \) の距離を分速 \( x \; m \) で歩いたので,
かかった時間は \( \dfrac{800}{x} \) 分と表すことができます。
家から公園までは,\( 1600 \; m \) の距離を分速 \( 0.8x \; m \) で歩いたので,
かかった時間は \( \dfrac{1600}{0.8x} \) 分と表すことができます。
全部で \( 28 \) 分かかったので,時間の関係を方程式であらわすと,
\( \dfrac{800}{x}+\dfrac{1600}{0.8x}=28 \)
\( \dfrac{800}{x}+\dfrac{2000}{x}=28 \)
\( \dfrac{2800}{x}=28 \)
\( 28x=2800 \)
\( x=100 \)
(2) Bさんは家から図書館に向かって歩きました。途中にある公園で友人と出会い,立ち止まって何分か話をした後,図書館に向かいました。図2は,Bさんが家を出発してから図書館に着くまでの移動のようすについて,Bさんが家を出発してから \( x \) 分後の家からの距離を \( y \; m \) として,\( x \) と \( y \) の関係をグラフに表したものです。ただし,Bさんの家から公園まで歩いた速さ,公園から図書館まで歩いた速さは,それぞれ一定であるとします。後の①,②の各問いに答えなさい。

➀ 図2から,\( x \) の変域が \( 26≦x≦32 \) のときの \( x \) と \( y \) の関係は,1次関数であり,式 \( y=ax+b \) と表せます。\( b \) の値を求めなさい。
【解説】
図2より,\( 26≦x≦32 \) の範囲の直線は \( (x,y)=(26,1600),(32,1900) \) を通るので,
傾き \( a=\dfrac{1900-1600}{32-26}=50 \)
\( y=50x+b \) に \( x=26,y=1600 \) を代入すると,
\( 1600=50 \times 26+b \)
\( 1600=1300+b \)
\( b=300 \)

➁ Cさんは公園にいました。Cさんは,借りていた本を返すために,公園から図書館に行くつもりでしたが,家に本を置いてきたことに気がついたので,家に本を取りに帰ることにしました。Cさんは,Bさんが家を出発してから \( 8 \) 分後に公園を出発しました。Cさんは,家に着いて何分か休憩した後,図書館に向かったところ,Bさんが家を出発してから \( 30 \) 分後に,図書館に着きました。Cさんは,公園から家,家から図書館まで,それぞれ自転車で分速 \( 250 \; m \) で進みました。
Cさんが公園を出発してから図書館に着くまでの移動のようすを図2のグラフに表しなさい。
また,Cさんが公園を出発してから家に着くまでの間で,BさんとCさんの距離が最も離れたのは,Bさんが家を出発してから何分後か求めなさい。
【解答】
グラフ ・・・ 下のグラフ参照
最も離れた時間 ・・・ \( \dfrac{72}{5} \) 分後

【解説】
【Cさんが家に着いたのは何分後?】
Cさんは,公園を出発してから家までの \( 1600 \; m \) を分速 \( 250 \; m \) で進んだので,
かかった時間は \( \dfrac{1600}{250}=\dfrac{32}{5} \) 分です。
Cさんが公園を出発したのは,Bさんが家を出発してから \( 8 \) 分後なので,
家に着いたのは,Bさんが家を出発してから \( 8+\dfrac{32}{5}=\dfrac{72}{5} \) 分後です。
【Cさんが家を出発したのは何分後?】
Cさんは,家を出発してから図書館までの \( 1900 \; m \) を分速 \( 250 \; m \) で進んだので,
かかった時間は \( \dfrac{1900}{250}=\dfrac{38}{5} \) 分です。
Cさんが図書館に着いたのは,Bさんが家を出発してから \( 30 \) 分後なので,
家を出発したのは,Bさんが家を出発してから \( 30-\dfrac{38}{5}=\dfrac{112}{5} \) 分後です。
以上より,Cさんの移動のようすを表すグラフは,
4点 \( (x,y)=(8,1600),\left( \dfrac{72}{5},0 \right),\left( \dfrac{112}{5},0 \right),(30,1900) \)
を通る直線になります。
【BさんとCさんの距離が最も離れたのは,何分後?】
Cさんが公園を出発したあと,Bさんと徐々に近づき,すれ違った後,徐々に離れていきます。
ここから,CさんとBさんが最も離れていたのは,
Cさんが公園を出発したときか家に到着したときのどちらかとわかります。
グラフより,
Cさんが公園を出発したときの2人の間のおよその距離は \( 1600-600=1000 \; (m) \) 未満
Cさんが家に着いたときの2人の間のおよその距離は \( 1100-0=1100 \; (m) \) 以上
となっているので,CさんとBさんが最も離れていたのは,Cさんが家に着いたときであり,
Bさんが家を出発してから \( \dfrac{72}{5} \) 分後になります。

大問4
円 \( O \) と,円 \( O \) の外側にある点 \( P \) を通る直線について,次の(1)から(3)までの各問いに答えなさい。
(1) 図1のように,円 \( O \) と,この円の外側に点 \( P \) があります。点 \( P \) を通る円 \( O \) の接線をコンパスと定規を使って1本作図しなさい。ただし,作図に用いた線は消さないこと。
【解答】
手順1 線分 \( OP \) を描く。
手順2 2点 \( O,P \) を中心に円弧を描く。
(交点を \( A,B \) とします。)
手順3 2点 \( A,B \) を通る直線を描く。
(線分 \( OP \) との交点を \( C \) とします。)
手順4 点 \( C \) を中心に点 \( O \) を通る円弧を描く。
(交点を \( D \) とします。)
手順5 2点 \( D,P \) を通る直線を描く。
手順5の直線 \( DP \) が,点 \( P \) を通る円 \( O \) の接線になります。
【解説】
円の接線と半径は接点において垂直に交わるので,
接点を \( D \) とすると,\( ∠ODP=90° \) になります。
このとき,線分 \( OP \) を直径とする円を考えると,
\( ∠ODP \) は直径 \( OP \) に対する円周角になります。
この円の中心は線分 \( OP \) の中点になるので,
線分 \( OP \) の垂直二等分線を描くことで,
中心 \( C \) を作図することができます。
(2) 図2のように,点 \( P \) から円 \( O \) に交わる直線ℓ,\( m \) を引き,交点をそれぞれ点 \( A,B,C,D \) とします。また,線分 \( AC \) と \( BD \) との交点を \( E \) とします。 \( \stackrel{\huge\frown}{ AB }=\stackrel{\huge\frown}{ BC } \) のとき,\( AE:BC=ED:CD \) となることを証明しなさい。
【解答】
\( △ABE \) と \( △DCE \) において,
\( \stackrel{\huge\frown}{ BC } \) の円周角なので,
\( ∠BAE=∠CDE \) ・・・ ➀
\( \stackrel{\huge\frown}{ AD } \) の円周角なので,
\( ∠ABE=∠DCE \) ・・・ ➁
①②より,2組の角がそれぞれ等しいので,
\( △ABE \) ∽ \( △DCE \)
対応する辺の比は等しいので,
\( AE:AB=ED:CD \) ・・・ ③
\( \stackrel{\huge\frown}{ AB }=\stackrel{\huge\frown}{ BC } \) より,\( ∠ACB=∠CAB \) なので,
\( △BAC \) は二等辺三角形であり,
\( AB=BC \) ・・・ ➃
③➃より,
\( AE:BC=ED:CD \)
(3) 図3のように,円 \( O \) の円周上に2点 \( S,T \) をとります。点 \( P \) から点 \( S,T \) にそれぞれ線分を引くと,円周上にある点 \( U,V \) とそれぞれ交わります。三角形 \( PST \) が正三角形で,線分 \( ST \) が円 \( O \) の直径であるとき,点 \( S,T \) を含まない \( \stackrel{\huge\frown}{ UV } \) と線分 \( VP,PU \) で囲まれた斜線部の面積を求めなさい。ただし,直径 \( ST \) の長さを \( 8 \) とします。
【解答】
\( 8\sqrt{3}-\dfrac{8}{3}\pi{} \)
【解説】
補助線 \( OU,OV \) をひくと,斜線部の面積は
\( △PST-(△OSU+△OTV+ \) おうぎ形 \( OUV) \)
で求められます。
\( △OSU \) において,
\( △PST \) が正三角形なので,\( ∠OSU=60° \)
円 \( O \) の半径なので,\( OS=OU=4 \)
であり,
内角が \( 60° \) の二等辺三角形なので,
1辺の長さが \( 4 \) の正三角形になっています。
同様の考え方から,\( △OTV \) も
1辺の長さが \( 4 \) の正三角形になっています。
ここから,おうぎ形 \( OUV \) の中心角は,
\( 180°-(∠OSU+∠OTV)=60° \)
になっています。
\( △PST \) の面積は,
\( 8 \times 4\sqrt{3} \times \dfrac{1}{2}=16\sqrt{3} \)
\( △OSU,△OTV \) の面積は,
\( 4 \times 2\sqrt{3} \times \dfrac{1}{2}=4\sqrt{3} \)
おうぎ形 \( OUV \) の面積は,
\( \pi{} \times 4^2 \times \dfrac{60°}{360°}=\dfrac{8}{3}\pi{} \)
なので,斜線部の面積は
\( △PST-(△OSU+△OTV+ \) おうぎ形 \( OUV) \)
\( =16\sqrt{3}-\left( 4\sqrt{3}+4\sqrt{3}+\dfrac{8}{3}\pi{} \right) \)
\( =8\sqrt{3}-\dfrac{8}{3}\pi{} \)