大学入学共通テスト 2025年(令和7年) 追試 数学ⅡBC 第3問 解説

(1)

復習

$a$を定数としたとき
$\displaystyle \dfrac{d}{dx}\int_{a}^{x}f(t)\,dt=f(x)$

$\displaystyle F(x)=\int_{0}^{x}t(t-2)\,dt$式A
を微分した
$\displaystyle F'(x)=\dfrac{d}{dx}\int_{0}^{x}t(t-2)\,dt$
は、復習より

$$ \begin{align} F'(x)&=x(x-2)\class{tex_formula}{式B}\\ &=x^{2}-2x \end{align} $$ とかける。

解答ア:2


式Bより、$x=0$,$2$ のとき $F'(x)=0$ なので、
$F(x)$ は $x=0$,$2$ のときに
極値 $F(0)$,$F(2)$ をとる
ことが分かる。

$F(0)$ は、式Aに $x=0$ を代入して
$$ \begin{align} F(0)&=\int_{0}^{0}t(t-2)\,dt\\ &=0 \end{align} $$

$F(2)$ は、式Aに $x=2$ を代入して
$\displaystyle F(2)=\int_{0}^{2}t(t-2)\,dt$
だけど、この計算には $\dfrac{1}{6}$公式が使える。

公式

$\displaystyle \int_{\alpha}^{\beta}(x-\alpha)(x-\beta)\,dx=-\dfrac{1}{6}(\beta-\alpha)^{3}$

公式より、$F(2)$ は
$$ \begin{align} F(2)&=-\dfrac{1}{6}(2-0)^{3}\\ &=-\dfrac{4}{3}\class{tex_formula}{式C} \end{align} $$ となる。

以上より、$F(x)$ の極値は
$x=0$ のとき $0$ $x=2$ のとき $-\dfrac{4}{3}$ だ。

このうち、極値が大きい方の
$x=0$ のとき $0$ が極大値

解答イ:0, ウ:0

小さい方の
$x=2$ のとき $-\dfrac{4}{3}$ が極小値である。

解答エ:2, オ:-, カ:4, キ:3

別解

おすすめでもないけど、を $F(x)$ の式を求めて解くと次のようになる。

式Aを計算すると
$$ \begin{align} F(x)&=\int_{0}^{x}(t^{2}-2t)\,dt\\ &=\left[\dfrac{1}{3}t^{3}-t^{2}\right]^{x}_{0}\\ &=\dfrac{1}{3}x^{3}-x^{2}\class{tex_formula}{式D} \end{align} $$ となる。

また、式Bより、$x=0$,$2$ のとき $F'(x)=0$ なので、
$F(x)$ は $x=0$,$2$ のときに
極値 $F(0)$,$F(2)$ をとる
ことが分かる。

$F(0)$ は、式Dに $x=0$ を代入して
$$ \begin{align} F(0)&=\dfrac{1}{3}\cdot 0^{3}-0^{2}\\ &=0 \end{align} $$
$F(2)$ は、式Dに $x=2$ を代入して
$$ \begin{align} F(2)&=\dfrac{1}{3}\cdot 2^{3}-2^{2}\\ &=-\dfrac{4}{3}\class{tex_formula}{式C} \end{align} $$

となるから、$F(x)$の極値は
$x=0$ のとき $0$ $x=2$ のとき $-\dfrac{4}{3}$ である。

このうち、極値が大きい方の
$x=0$ のとき $0$ が極大値

解答イ:0, ウ:0

小さい方の
$x=2$ のとき $-\dfrac{4}{3}$ が極小値だ。

解答エ:2, オ:-, カ:4, キ:3

式Cで求めた $F(2)$ はあとで使うんだけど、負の値は混乱のもとだ。

なので、$-F(2)=S$ とおいて
$\left\{\begin{array}{l} F(2)=-S\\ S=\dfrac{4}{3}\class{tex_formula}{式E} \end{array}\right.$
として、正の値 $S$ を使うことにする。

さらに、この $S$ は
$\displaystyle S=-F(2)=-\int_{0}^{2}t(t-2)\,dt$
だから、図Aの青い部分の面積、つまり
関数 $y=t(t-2)$ のグラフと $t$ 軸で囲まれた図形の面積 である。

図A
大学入学共通テスト2025年追試 数学ⅡBC 第3問 解説図A

(2)

(i)

図Aの $y=t(t-2)$ のグラフを見ると

$0\leqq t\leqq 2$ のとき
$y\leqq 0$
なので
$t(t-2)\leqq 0$

$t\leqq 0,\ 2\leqq t$ のとき
$y\geqq 0$
なので
$t(t-2)\geqq 0$

だ。

よって、$\left|t(t-2)\right|$ の絶対値をはずすと
$\left|t(t-2)\right|=\left\{\begin{array}{ll} -t(t-2)& (0\leqq t\leqq 2)\\ t(t-2)& (t\leqq 0,\ 2\leqq t) \end{array}\right.$
式F
となる。

解答ク:2, ケ:0

(ii)

ここで、$y=\left| t(t-2) \right|$ と $y=t(t-2)$ のグラフを考えると、
式Fより、 $y=\left| t(t-2) \right|$ のグラフは図Bの赤い曲線 $y=t(t-2)$ のグラフは図Aだから、図Bの緑の曲線 である。

図B
大学入学共通テスト2025年追試 数学ⅡBC 第3問 解説図B

図Bをもとに、
$\displaystyle G(x)=\int_{0}^{x}\left| t(t-2) \right|\,dt$

$\displaystyle F(x)=\int_{0}^{x} t(t-2) \,dt$
の関係を考えよう。

$0\leqq x\leqq 2$ のとき

図Bより、$0\leqq x\leqq 2$ のとき、$G(x)$ は
$\displaystyle G(x)=\int_{0}^{x}\{-t(t-2)\}\,dt$
とかける。

解答コ:2

これはさらに
$\displaystyle G(x)=-\textcolor{red}{\int_{0}^{x}t(t-2)\,dt}$
となるけど、この式の赤い部分は $F(x)$ なので、
$G(x)=-F(x)$式G
と表せる。

解答サ:9

$2\leqq x$ のとき

図Bより、$2\leqq x$ のとき、$G(x)$は
$$ \begin{align} G(x)=\int_{0}^{2}\{-t(t-2)\}\,dt+\int_{2}^{x}t(t-2)\,dt \end{align} $$ とかける。

解答シ:0

これはさらに
$\displaystyle G(x)=-\textcolor{red}{\int_{0}^{2}t(t-2)\,dt}+\int_{2}^{x}t(t-2)\,dt$
となるけど、赤い部分は $F(2)=-S$ なので
$\displaystyle G(x)=\textcolor{red}{S}+\int_{2}^{x}t(t-2)\,dt$式H
と表せる。

また、このときの $F(x)$ は
$$ \begin{align} F(x)=\textcolor{red}{\int_{0}^{2}t(t-2)\,dt}+\int_{2}^{x}t(t-2)\,dt \end{align} $$ となるけど、赤い部分は $F(2)=-S$ なので
$\displaystyle F(x)=\textcolor{red}{-S}+\int_{2}^{x}t(t-2)\,dt$式I
とかける。

式Iの右辺に $2S$ をたすと式Hの右辺になるから
$G(x)=F(x)+2S$式J
だ。

これに式Eの
$S=\dfrac{4}{3}$
を代入すると、
$$ \begin{align} G(x)&=F(x)+2\times\dfrac{4}{3}\\ &=F(x)+\dfrac{8}{3} \end{align} $$ であることが分かる。

解答ス:2

別解

グラフで考えると次のようになる。
見た目はかなり違うけど、やっていることは上の解法と全く同じだ。

$0\leqq x\leqq 2$のとき

図C
大学入学共通テスト2025年追試 数学ⅡBC 第3問 解説図C

$0\leqq x\leqq 2$ のとき、直線 $t=x$ は例えば図Cのような位置にある。

なので、$G(x)$は
$\displaystyle G(x)=\int_{0}^{x}\{-t(t-2)\}\,dt$
とかける。

解答コ:2

このとき、
$G(x)$ は図Cの黄色い部分の面積 $F(x)$ は図Cの青い部分だけど、
   横軸より下の部分なので負の値
だ。

図Cの黄色と青の面積は等しいから、
$0\leqq x\leqq 2$ のとき
$G(x)=-F(x)$式G
と表せる。

解答サ:9

$2\leqq x$ のとき

図D
大学入学共通テスト2025年追試 数学ⅡBC 第3問 解説図D

$2\leqq x$ のとき、直線 $t=x$ は例えば図Dのような位置にある。

なので、$G(x)$は
$$ \begin{align} G(x)=\int_{0}^{2}\{-t(t-2)\}\,dt+\int_{2}^{x}t(t-2)\,dt \end{align} $$ とかける。

解答シ:0

これを図Dの色がついた部分の面積で表すと、
$G(x)=$ 黄 $+$ 紫式K
となる。

図Dの黄色い部分は青い部分と同じ面積だ。
また、青い部分の面積は、(1)の最後に考えたように $S$ だった。

よって、式Kはさらに
$G(x)=S+$ 紫式K'
と表せる。

また、このときの $F(x)$ は、横軸より下の面積は負の値になるので
$$ \begin{align} F(x)&=-\text{青}+\text{紫}\\ &=-S+\text{紫}\class{tex_formula}{式L} \end{align} $$ とかける。

式Lの右辺に $2S$ をたすと式K'の右辺になるから、$2\leqq x$ のとき
$G(x)=F(x)+2S$式J
と表せる。

これに式Eの
$S=\dfrac{4}{3}$
を代入すると、
$$ \begin{align} G(x)&=F(x)+2\times \dfrac{4}{3}\\ &=F(x)+\dfrac{8}{3} \end{align} $$ であることが分かる。

解答ス:2

(iii)

さらに、$y=G(x)$ のグラフの概形を考える。

$G(x)$ の式を微分すると、(1)の復習より
$$ \begin{align} G'(x)&=\dfrac{d}{dx}\int_{0}^{x}\left|t(t-2)\right|\,dt\\ &=\left|x(x-2)\right| \end{align} $$

図E
大学入学共通テスト2025年追試 数学ⅡBC 第3問 解説図E

となるから、$y=G'(x)$ のグラフは図Eのようになる。

これは $G(x)$ の導関数のグラフだから、$y$ 座標は $y=G(x)$ の傾きだ。

なので、図Eより、$y=G(x)$ について、

傾きが負になることはない

$0\leqq x\leqq 2$ では
$x=1$ で傾きが最大 $x=0$,$x=2$ に近づくほど傾きは小さくなる

$2\leqq x$ では
$x$ が大きくなるほど傾きも大きくなる

ことが分かる

選択肢のうちでこれに当てはまるのは

しかない。

解答:セ:2

別解

導関数ではなく $y=G(x)$ 自体を考えると、次のような解法になる。


図F
大学入学共通テスト2025年追試 数学ⅡBC 第3問 解説図F

(1)で考えたように、$F(x)$ は
$x=0$ のとき極大値 $0$ $x=2$ のとき極小値 $-S$ をとった。

よって、$y=F(x)$ のグラフの概形は図Fのようになる。

また、(2)(ii)の式G,式Jより、$G(x)$ と $F(x)$ の関係は
$G(x)=\left\{\begin{array}{ll} -F(x)& (0\leqq x\leqq 2)\\ F(x)+2S& (2\leqq x) \end{array}\right.$
だった。

図G
大学入学共通テスト2025年追試 数学ⅡBC 第3問 解説図G

なので、$y=G(x)$ のグラフは、図Gのように
$0\leqq x\leqq 2$ では
$y=F(x)$ を $x$ 軸に関して対称移動した、赤い曲線
$2\leqq x$ では
$y=F(x)$ を $y$ 軸方向に $2S$ 平行移動した、オレンジの曲線
になる。

したがって、選択肢のうちで正しいものは

だ。

解答:セ:2

(3)

(2)(ii) から分かること

$t(t-2)$ を $(t-\textcolor{dodgerblue}{0})(t-\textcolor{red}{2})$ と考えると、$G(x)$,$F(x)$ は
$\left\{\begin{array}{l} \displaystyle G(x)=\int_{\textcolor{dodgerblue}{0}}^{x}\left| (t-\textcolor{dodgerblue}{0})(t-\textcolor{red}{2}) \right|\,dt\\ \displaystyle F(x)=\int_{\textcolor{dodgerblue}{0}}^{x}(t-\textcolor{dodgerblue}{0})(t-\textcolor{red}{2})\,dt \end{array}\right.$
とかける。

この $G(x)$ と $F(x)$ を使って考える。

(2)(ii) の式G,式Jより、$G(x)$ と $F(x)$ の関係は
$G(x)=\left\{\begin{array}{ll} -F(x)& (\textcolor{dodgerblue }{0}\leqq x\leqq \textcolor{red}{2})\\ F(x)+2S& (\textcolor{red}{2}\leqq x) \end{array}\right.$
だった。

これを変形すると、
$\textcolor{dodgerblue }{0}\leqq x\leqq \textcolor{red}{2}$ のとき
$G(x)-F(x)=-2F(x)$
$\textcolor{red}{2}\leqq x$ のとき
$G(x)-F(x)=2S$
と表せる。

よって、 $\textcolor{red}{2}\leqq x$ のとき、
$G(x)-F(x)$ は一定の値 $2S$
をとる。

また、(1)の最後に考えたように、$S$ は
$y=(t-\textcolor{dodgerblue }{0})(t-\textcolor{red}{2})$ と $t$ 軸で囲まれた部分の面積 だったから、一定の値 $2S$ は
$y=(t-\textcolor{dodgerblue }{0})(t-\textcolor{red}{2})$ と $t$ 軸で囲まれた部分の面積の $2$ 倍 にあたる。

したがって、$\alpha \lt \beta$ のとき、上の「(2)(ii) から分かること」の
$\textcolor{dodgerblue}{0}$ を $\textcolor{dodgerblue}{\alpha}$ に $\textcolor{red}{2}$ を $\textcolor{red}{\beta}$ に おきかえると、次のことが予想できる。

 ※

$\left\{\begin{array}{l} \displaystyle J(x)=\int_{\textcolor{dodgerblue}{\alpha}}^{x}\left| (t-\textcolor{dodgerblue}{\alpha})(t-\textcolor{red}{\beta}) \right|\,dt\\ \displaystyle I(x)=\int_{\textcolor{dodgerblue}{\alpha}}^{x}(t-\textcolor{dodgerblue}{\alpha})(t-\textcolor{red}{\beta})\,dt \end{array}\right.$
について、

$\textcolor{red}{\beta}\leqq x$ のとき、$J(x)-I(x)$ は一定の値をとる。 その一定の値は、$y=(t-\textcolor{dodgerblue}{\alpha})(t-\textcolor{red}{\beta})$ と $t$ 軸で囲まれた部分の面積の $2$ 倍にあたる。


いまは、$\alpha \lt \beta$ かつ $\alpha\leqq x$ のときの
$$ \begin{align} H(x)=&\textcolor{green}{\int_{\alpha}^{x}\left|(t-\alpha)(t-\beta)\right|\,dt}\\ &\qquad -\textcolor{blueviolet}{\int_{\alpha}^{x}(t-\alpha)(t-\beta)\,dt} \end{align} $$ 式M
について問われている。

式Mの緑の部分は※の $\textcolor{green}{J(x)}$,紫の部分は $\textcolor{blueviolet}{I(x)}$ なので、※より、
$\textcolor{red}{\beta}\leqq x$ のとき、
$H(x)=\textcolor{green}{J(x)}-\textcolor{blueviolet}{I(x)}$
は一定の値をとる。
と考えられる。

解答ソ:3


その一定の値は、※より
$y=(t-\alpha)(t-\beta)$ と $t$ 軸で囲まれた部分の面積の $2$ 倍 である。

これを
$y=(x-\alpha)(x-\beta)$ と $x$ 軸で囲まれた部分の面積の $2$ 倍 と言いかえても値は変わらない。

解答タ:2

別解1

(2)(ii) の結果を使わずに、単純に計算で求めると、次のようになる。


$$ \begin{align} H(x)=&\int_{\alpha}^{x}\left|(t-\alpha)(t-\beta)\right|\,dt\\ &\qquad -\int_{\alpha}^{x}(t-\alpha)(t-\beta)\,dt \end{align} $$ 式M
を考える。

$\left|(t-\alpha)(t-\beta)\right|$ の絶対値をはずすと、
$\left|(t-\alpha)(t-\beta)\right|=\left\{\begin{array}{l} -(t-\alpha)(t-\beta)\\ \hspace{72px} (\alpha\leqq t\leqq\beta)\\ (t-\alpha)(t-\beta)\\ \hspace{72px} (\beta\leqq t) \end{array}\right.$
式N
となる。

式が長くて面倒だから
$(t-\alpha)(t-\beta)=h(t)$
とおくと、式M,式Nは
$\displaystyle H(x)=\int_{\alpha}^{x}\left|h(t)\right|\,dt-\int_{\alpha}^{x}h(t)\,dt$
式M'
$\left|h(t)\right|=\left\{\begin{array}{ll} -h(t)&(\alpha\leqq t\leqq\beta)\\ h(t)&(\beta\leqq t) \end{array}\right.$ 式N'

とかける。


式M',式N'より、

$\alpha\leqq x\leqq\beta$ のとき、
$$ \begin{align} H(x)&=\int_{\alpha}^{x}\left\{-h(t)\right\}\,dt-\int_{\alpha}^{x}h(t)\,dt\\ &=-2\int_{\alpha}^{x}h(t)\,dt \end{align} $$

$\beta\leqq x$ のとき、
$$ \begin{align} H(x)&=\left\{\int_{\alpha}^{\beta}\left\{-h(t)\right\}\,dt+\textcolor{red}{\cancel{\textcolor{black}{\int_{\beta}^{x}h(t)\,dt}}}\right\}\\ &\qquad-\left\{\int_{\alpha}^{\beta}h(t)\,dt+\textcolor{red}{\cancel{\textcolor{black}{\int_{\beta}^{x}h(t)\,dt}}}\right\}\\ &=-2\int_{\alpha}^{\beta}h(t)\,dt\class{tex_formula}{式O} \end{align} $$

と表せる。

式Oは $x$ の値にかかわらず一定の値だ。
したがって、求めるの範囲は
$\beta\leqq x$
である。

解答ソ:3


このときの $H(x)$ の値は、式Oの $h(t)$ をもとにもどして
$\displaystyle -2\textcolor{dodgerblue}{\int_{\alpha}^{\beta}(t-\alpha)(t-\beta)\,dt}$式P
と表せる。

この式の青い部分は
$y=(t-\alpha)(t-\beta)$ と $t$ 軸で囲まれた部分の面積の $-1$ 倍 だ。(横軸より下の面積は負の値になる)

これは
$y=(x-\alpha)(x-\beta)$ と $x$ 軸で囲まれた部分の面積の $-1$ 倍 と等しい。

よって、式Pの値、つまりこのときの $H(x)$ の値は
$y=(x-\alpha)(x-\beta)$ と $x$ 軸で囲まれた部分の面積の $2$ 倍 である。

解答タ:2

別解2

せっかくだから、もうひとつ別解を載せておこう。
あまりお勧めでもない方法なので、興味がない人は読まなくても大丈夫。


$\alpha \lt \beta$ かつ $\alpha\leqq x$ のとき、
$$ \begin{align} H(x)=&\int_{\alpha}^{x}\left|(t-\alpha)(t-\beta)\right|\,dt\\ &\qquad -\int_{\alpha}^{x}(t-\alpha)(t-\beta)\,dt \end{align} $$ 式M

$\displaystyle H(x)=\int_{\alpha}^{x}\left\{\textcolor{red}{\begin{aligned}&\left|(t-\alpha)(t-\beta)\right|\\&\qquad-(t-\alpha)(t-\beta)\end{aligned}}\right\}\,dt$
と変形して、赤い部分を$k(t)$とおくと
$\displaystyle H(x)=\int_{\alpha}^{x}\textcolor{red}{k(t)}\,dt$ $k(t)=\left|(t-\alpha)(t-\beta)\right|-(t-\alpha)(t-\beta)$
式Q
とかける。

(2)(i) と同様に $\left|(t-\alpha)(t-\beta)\right|$ の絶対値をはずすと、
$\left|(t-\alpha)(t-\beta)\right|=\left\{\begin{array}{l} -(t-\alpha)(t-\beta)\\ \hspace{72px} (\alpha\leqq t\leqq\beta)\\ (t-\alpha)(t-\beta)\\ \hspace{72px} (t\leqq\alpha,\ \beta\leqq t) \end{array}\right.$
となる。

これを式Qに代入すると

$\alpha\leqq t\leqq\beta$ のとき
$$ \begin{align} k(t)&=-(t-\alpha)(t-\beta)-(t-\alpha)(t-\beta)\\ &=-2(t-\alpha)(t-\beta) \end{align} $$

$t\leqq\alpha,\ \beta\leqq t$ のとき
$$ \begin{align} k(t)&=(t-\alpha)(t-\beta)-(t-\alpha)(t-\beta)\\ &=0 \end{align} $$

となるから、$k(t)$ は
$k(t)=\left\{\begin{array}{ll} -2(t-\alpha)(t-\beta)& (\alpha\leqq t\leqq\beta)\\ 0& (t\leqq\alpha,\ \beta\leqq t) \end{array}\right.$
と表せる。

よって、$y=k(t)$ のグラフは図Hの赤い線だ。

図H
大学入学共通テスト2025年追試 数学ⅡBC 第3問 解説図H

今問われているのは、$\alpha \leqq x$ のとき、$H(x)$ の値が一定になるような $x$ の範囲だ。

$\displaystyle H(x)=\int_{\alpha}^{x}k(t)\,dt$
なので、$H(x)$ は、図Hの赤い線と横軸、そして直線 $t=x$ で囲まれた部分の面積である。

図Hより
$\beta\leqq t$
の部分では $y=k(t)$ のグラフと横軸が重なっているから、面積は $0$ だ。

よって、$x$ がこの範囲を動くとき、つまり
$\beta\leqq x$
のとき、$H(x)$ の値は変化せず一定になる。

解答ソ:3


また、このとき、$H(x)$ の値は図Hの黄色い部分の面積と等しい。

黄色い部分の面積は青い部分の面積の $2$ 倍、つまり
関数 $y=(t-\alpha)(t-\beta)$ のグラフと $t$ 軸で囲まれた面積の $2$ 倍 である。

これを
関数 $y=(x-\alpha)(x-\beta)$ のグラフと $x$ 軸で囲まれた面積の $2$ 倍 と言いかえても 値は変わらない。

したがって、の選択肢のうち正しいものは

である。

解答タ:2