大学入学共通テスト 2025年(令和7年) 旧課程 追試 数学ⅠA 第1問 [1] 解説
不等式を解く
流れを無視する感じになるけれど、問題の連立不等式は難しくないから、先に解いてしまう。
その方が説明もシンプルになるし。
$\left\{\begin{array}{l}
x+\sqrt{3}a+1\geqq 3x\TF{式A}\\
x+a\geqq 1\TF{式B}
\end{array}\right.$
を考える。
式Aを変形すると
$2x\leqq\sqrt{3}a+1$
$x\leqq\dfrac{\sqrt{3}a+1}{2}$式A'
式Bを変形すると
$x\geqq 1-a$
$1-a\leqq x$式B'
となる。
したがって、
場合分けA
$1-a \lt \dfrac{\sqrt{3}a+1}{2}$
つまり
途中式
$2-2a \lt \sqrt{3}a+1$
$1 \lt \sqrt{3}a+2a$
$1 \lt (\sqrt{3}+2)a$
$\dfrac{1}{\sqrt{3}+2} \lt a$
$\dfrac{\sqrt{3}-2}{(\sqrt{3}+2)(\sqrt{3}-2)} \lt a$
$\dfrac{\sqrt{3}-2}{-1} \lt a$
$-\sqrt{3}+2 \lt a$
のとき、式A'と式B'の範囲の関係は図Aのようになる。
よって、集合$A$の範囲は、図Aの赤い範囲の
$1-a\leqq x\leqq\dfrac{\sqrt{3}a+1}{2}$式D
である。
場合分けB
$1-a=\dfrac{\sqrt{3}a+1}{2}$
つまり、式Cの不等号を等号に変えた
$a=2-\sqrt{3}$式E
のとき、式A'と式B'の範囲の関係は図Bのようになる。
よって、集合$A$は、図Bの赤い点の
$x=1-a$
に式Eを代入した
$$
\begin{align}
x&=1-(2-\sqrt{3})\\
&=-1+\sqrt{3}\\
&=\sqrt{3}-1\TF{式F}
\end{align}
$$
である。
場合分けC
$1-a \gt \dfrac{\sqrt{3}a+1}{2}$
つまり、式Cの不等号の向きを逆にした
$a \lt 2-\sqrt{3}$
のとき、式A'と式B'の範囲の関係は図Cのようになる。
よって、集合$A$に含まれる実数は存在しない。
(1)
$a=2$は、上の「不等式を解く」の場合分けAにあてはまる。
なので、このときの$A$の範囲は、式Dに$a=2$を代入した
$1-2\leqq x\leqq\dfrac{2\sqrt{3}+1}{2}$
途中式
$-1\leqq x\leqq\sqrt{3}+\dfrac{1}{2}$
$-1\leqq x\leqq 1.732\ldots+0.5$
である。
よって、
$x=3$は式Gの範囲外なので、$3$は$A$の要素でない。
解答ア:1
$x=2$は式Gの範囲内なので、$2$は$A$の要素である。
解答イ:0
(2)
(i)
上の「不等式を解く」より、$A$の要素がただ一つとなるのは場合分けBの
$a=2-\sqrt{3}$式E
のとき。
解答ウ:2
このときの$A$の要素は、式Fの
$\sqrt{3}-1$式F
ただ一つである。
解答エ:1
(ii)
$a \gt 2-\sqrt{3}$は、「不等式を解く」の場合分けAのとき。
このとき、$A$の範囲は、式Dの
$1-a\leqq x\leqq\dfrac{\sqrt{3}a+1}{2}$式D
である。
解答オ:4
式Dの範囲に入る整数が$1$だけになるのは、図Dのようになる場合。
図Dより、これは、連立不等式
$\left\{\begin{array}{l}
0 \lt 1-a \lt 1\TF{式H}\\
1 \lt \dfrac{\sqrt{3}a+1}{2} \lt 2\TF{式I}
\end{array}\right.$
が成り立つときだ。
ということで、この連立不等式を解く。
式Hより、
途中式
$-1 \lt -a \lt 0$
$1 \gt a \gt 0$
式Iより、
途中式
$2 \lt \sqrt{3}a+1 \lt 4$
$1 \lt \sqrt{3}a \lt 3$
$\dfrac{1}{\sqrt{3}} \lt a \lt \dfrac{3}{\sqrt{3}}$
である。
式H'と式I'の範囲を数直線にすると図Eになる。
図Eより、連立不等式の解は
$\dfrac{\sqrt{3}}{3} \lt a \lt 1$
であることが分かる。
したがって、
$A\cap B=\{1\}$
であるような$a$の範囲も
$\dfrac{\sqrt{3}}{3} \lt a \lt 1$
となる。
解答カ:3, キ:0, ク:0, ケ:1