2021年12月31日

高校数学「三角関数」2つの三角関数を組み合わせる問題B

高校数学「三角関数」2つの三角関数を組み合わせる問題B

■ 問題

f(x)=√3・cos{(5/4)x−π/2},g(x)=−sin{(5/4)x−π/2}について、次の問いに答えよ。

(1) f(x)をサインを用いてできるだけ簡単な形で表せ。

(2) g(x)をコサインを用いてできるだけ簡単な形で表せ。

(3) f(x)・g(x)をサインのみを使ってできるだけ簡単な形で表せ。


この記事では(3)を解説します。


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■ 解答解説

(1)よりf(x)=√3・sin(5/4)x
(2)よりg(x)=cos(5/4)x

であることがわかりました。

今回はこれらの積を求めます。
もちろん

f(x)・g(x)=√3・sin(5/4)x・cos(5/4)x

ですが、これをサインだけで表すことを考えます。

角度の部分は同じで、サインとコサインがかけてあるので・・・

サインの2倍角の公式を使うことができます。

sin2α=2sinαcosα

ですね。
これを使えるように式を変形してみます。

 √3・sin(5/4)x・cos(5/4)x
=(√3/2)・2sin(5/4)x・cos(5/4)x

こうすれば係数に2が出てきたので、2倍角の公式を使うことができます。

=(√3/2)・sin(2・5/4)x
=(√3/2)sin(5/2)x

これでサインのみを使ってf(x)・g(x)を表すことができました。


この問題の最初に戻る→(1) f(x)をサインで表す


↓三角方程式などの三角関数の問題の解き方がマスターできるテキストです↓

10秒でわかる高校数学2B「三角関数」の考え方

「久しぶりの三角関数、分かりやすく直感で問題の解く方向が分かり楽しかった」などのコメントいただいています。ありがとうございます!



三角関数まとめ


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■ 問題

2021年共通テスト第1日程数1Aより

第4問

 円周上に15個の点P0,P1,…,P14が反時計回りに順に並んでいる。最初、
点P0に石がある。さいころを投げて偶数の目が出たら石を反時計回りに5個先の
点に移動させ、奇数の目が出たら石を時計回りに3個先の点に移動させる。この
操作を繰り返す。例えば、石が点P5にあるとき、さいころを投げて6の目が出たら
石を点P10に移動させる。次に、5の目が出たら点P10にある石を点P7に移動
させる。

(1) さいころを5回投げて、偶数の目が[ア]回、奇数の目が[イ]回出れば、点P0に
ある石を点P1に移動させることができる。このとき、x=[ア],y=[イ]は、
不定方程式5x−3y=1の整数解になっている。


(2) 不定方程式

  5x−3y=8 ……{1}

のすべての整数解x,yは、kを整数として

  x=[ア]×8+[ウ]k,y=[イ]×8+[エ]k

と表される。{1}の整数解x,yの中で、0≦y<[エ]を満たすものは

  x=[オ],y=[カ]

である。したがって、さいころを[キ]回投げて、偶数の目が[オ]回、奇数の目が
[カ]回出れば、点P0にある石を点P8に移動させることができる。


(3) (2)において、サイコロを[キ]回より少ない回数だけ投げて、点P0にある石を
点P8に移動させることはできないだろうか。

  (*) 石を反時計回りまたは時計回りに15個先の点に移動させると元の点に
戻る。

 (*)に注意すると、偶数の目が[ク]回、奇数の目が[ケ]回出れば、さいころを
投げる回数が[コ]回出、点P0にある石を点P8に移動させることができる。
このとき[コ]<[キ]である。


(4) 点P1,P2,…,P14のうちから点を一つ選び、点P0にある石をさいころを
何回か投げてその点に移動させる。そのために必要となる、さいころを投げる
最小回数を考える。例えば、さいころを1回だけ投げて点P0にある石を点P2に
へ移動させることはできないが、サイコロを2回投げて偶数の目と奇数の目が1回
ずつ出れば、点P0にある石を点P2へ移動させることができる。したがって、点P2
を選んだ場合はこの最小回数は2回である。
 点P1,P2,…,P14のうち、この最小回数が最も大きいのは点[サ]であり、
その最小回数は[シ]回である。

 [サ]の解答群
――――――――――――――――――――――――――――
|{0} P10  {1} P11  {2} P12  {3} P13  P14 |
――――――――――――――――――――――――――――


※分数は(分子)/(分母)、xの2乗はx^2、マーク部分の□は[ ]で表記しています。

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■ 解説目次

 ◆1 不定方程式は「特殊解→一般解」
 ◆2 10進んで9戻れば1進む

(以下略)

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■ 解説

◆1は省略します。


 ◆2 10進んで9戻れば1進む

さてそれでは、今回の問題の内容を確認してみましょう!

「円周上に15個の点P0,P1,…,P14が反時計回りに順に並んでいる」
「最初、点P0に石がある」
「さいころを投げて偶数の目が出たら石を反時計回りに5個先の点に移動」
「奇数の目が出たら石を時計回りに3個先の点に移動」

というルールで石を動かしていくようです。

これを踏まえて最初の設問です。

「さいころを5回投げて」「P0にある石をP1に移動させる」場合について考え
ます。

P1に移動するのは、つまりは、「トータルで1進む」ことを意味しますね。

偶数が出たら反時計回りに5進み、奇数が出たら時計回りに3進むのだから、


つづく


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解説の続き・解答や公式一覧などは・・・

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高校数学「三角関数」2つの三角関数を組み合わせる問題A

高校数学「三角関数」2つの三角関数を組み合わせる問題A

■ 問題

f(x)=√3・cos{(5/4)x−π/2},g(x)=−sin{(5/4)x−π/2}について、次の問いに答えよ。

(1) f(x)をサインを用いてできるだけ簡単な形で表せ。

(2) g(x)をコサインを用いてできるだけ簡単な形で表せ。


この記事では(2)を解説します。


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適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


■ 解答解説

θ−π/2の公式を使えば一発ですが、加法定理でも解決できます。
加法定理に慣れておけば、いくつかの公式は覚える必要がなくなるので便利です。

sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβ

だから、

 −sin{(5/4)x−π/2}
=−{sin(5/4)x・cos(π/2)−cos(5/4)x・sin(π/2)}
=cos(5/4)x


次の問題→f(x)・g(x)をサインで表す


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