大学入学共通テスト 2023年(令和5年) 追試 数学ⅡB 第2問 [2] 解説

(1)

最初は、計算から。

$$ \begin{align} \displaystyle \int_{t}^{t+1}1\,dx&=\left[x\right]_{t}^{t+1}\\ &=(t+1)-t \end{align} $$ $\hspace{71px} =1$式A

解答チ:1

$\displaystyle \int_{t}^{t+1}x\,dx=\left[\dfrac{x^{2}}{2}\right]_{t}^{t+1}$
$\hspace{72px} =\dfrac{(t+1)^{2}}{2}-\dfrac{t^{2}}{2}$
$\hspace{72px} =\dfrac{2t+1}{2}$
$\hspace{72px} =t+\dfrac{1}{2}$式B

解答ツ:1, テ:2

$\displaystyle \int_{t}^{t+1}x^{2}\,dx=\left[\dfrac{x^{3}}{3}\right]_{t}^{t+1}$
$\hspace{79px} =\dfrac{(t+1)^{3}}{3}-\dfrac{t^{3}}{3}$
$\hspace{79px} =\dfrac{3t^{2}+3t+1}{3}$
$\hspace{79px} =t^{2}+t+\dfrac{1}{3}$式C

解答ト:1, ナ:3

である。


ここで、$\ell$,$m$,$n$を定数として
$f(x)=\ell x^{2}+mx+n$
とおくと、
$\displaystyle \int_{t}^{t+1}f(x)\,dx=\ell\int_{t}^{t+1}x^{2}\,dx$
$\displaystyle \hspace{120px} +m\int_{t}^{t+1}x\,dx+n\int_{t}^{t+1}1\,dx$
とかけるから、
$\displaystyle \int_{t}^{t+1}f(x)\,dx=\ell\times$式C$+m\times$式B$+n\times$式A
である。

したがって、
$\displaystyle \int_{t}^{t+1}f(x)\,dx=\ell\left(t^{2}+t+\dfrac{1}{3}\right)$
$\hspace{120px} +m\left(t+\dfrac{1}{2}\right)+n\cdot 1$
$\hspace{92px} =\ell t^{2}+(\ell+m)t+\left(\dfrac{\ell}{3}+\dfrac{m}{2}+n\right)$
式D
と計算できる。

また、問題文より
$\displaystyle \int_{t}^{t+1}f(x)\,dx=t^{2}$
だから、
式D$=t^{2}$
だ。

なので、
$\ell=1$ $\ell+m=0$ $\dfrac{\ell}{3}+\dfrac{m}{2}+n=0$ といえる。

解答ニ:1

これを計算すると、

$\ell+m=0$ と $\ell=1$より、
$1+m=0$
$m=-1$

解答ヌ:-, ネ:1

$\dfrac{\ell}{3}+\dfrac{m}{2}+n=0$ と $\ell=1$,$m=-1$より
$\dfrac{1}{3}-\dfrac{1}{2}+n=0$
$n=\dfrac{1}{6}$

解答ノ:1, ハ:6

となる。

(2)

$\displaystyle \int_{t}^{t+1}f(x)\,dx=t^{2}$
なので、

$t=1$のとき
$\displaystyle \int_{1}^{2}f(x)\,dx =1^{2}$

$t=2$のとき
$\displaystyle \int_{2}^{3}f(x)\,dx =2^{2}$

$\hspace{60px} \vdots$

$t=10$のとき
$\displaystyle \int_{10}^{11}f(x)\,dx =10^{2}$

とかける。

以上の式を辺々たすと、
$\displaystyle 1^{2}+2^{2}+\cdots+10^{2}=\int_{1}^{2}f(x)\,dx+\int_{2}^{3}f(x)\,dx+$
$\displaystyle \hspace{170px} \cdots+\int_{10}^{11}f(x)\,dx$
式E
と表せる。

ここで、

復習

$\displaystyle \int_{\alpha}^{\beta}f(x)\,dx+\int_{\beta}^{\gamma}f(x)\,dx=\int_{\alpha}^{\gamma}f(x)\,dx$

なので、
$\displaystyle 1^{2}+2^{2}+ \cdots +10^{2} =\int_{1}^{11}f(x)\,dx$
が成り立つ。

解答ヒ:1, フ:1