東北大学工学部のAO入試Ⅱ期は、基礎知識を使いながら、条件を整理して考えを進める力が問われます。2026年度の筆記試験①では、関数の最大・最小、整数の数え上げ、ベクトル、積分と極限が出題されました。

総合型でも、計算結果だけに頼らず、なぜその方法で求められるかを説明する準備が必要です。 大学公開の問題集に掲載された、工学部AOⅡ期の数学3題を解説します。

出典:東北大学・AO入試過去問題の公式一覧、2026年度AO入試問題集・工学部。以下は同問題集の筆記試験①、冊子4〜6ページの数学の解説です。

各問の数式・条件をTeXで再構成して示しています。解答・解説はスキルパスが作成したもので、東北大学が公表した解答ではありません。

問題1(1):三角関数を、範囲のある変数に置き換える

問題1の数式・条件

東北大学2026年度工学部AOⅡ期 数学 問題1の数式・条件をTeX再構成
数学 問題1:原題の数式・条件をTeXで再構成
問題の出典:大学公式・問題PDF

問題1は独立した3小問です。まず、(cos 2x+3)/(2cos x+3)の最大・最小を考えます。t=cos xと置き、cos 2x=2cos²x−1=2t²−1を使うと、次の関数になります。

F(t)=(2t²+2)/(2t+3)、−1≦t≦1

cos xは−1から1までの全ての値を取るので、−1≦t≦1全体で考えます。この範囲では2t+3≧1となり、分母はゼロになりません。商の微分から、

F′(t)={4t(2t+3)−2(2t²+2)}/(2t+3)²

F′(t)=4(t²+3t−1)/(2t+3)²

を得ます。導関数の分母は正なので、符号はt²+3t−1で決まります。これが0となる2つの値は(−3±√13)/2。そのうち区間内にあるα=(−3+√13)/2だけを使います。−1≦t<αで減少し、α<t≦1で増加します。

α²+3α−1=0よりα²=1−3αです。この関係を使うと、2α(2α+3)=4α²+6α=4−6α=2α²+2なので、F(α)=2α=√13−3と求められます。

t−1α=(−3+√13)/21
F(t)4√13−34/5
東北大学2026年度工学部AOⅡ期 問題1(1) 解答図・置換後の関数・スキルパス作成
問題1(1) 解答図・置換後の関数:スキルパス作成の解答図
問題の出典:大学公式・問題PDF

端点も含めて比べ、最大値は4、最小値は√13−3です。 導関数が0となる点の値だけで最大・最小を決めないことが大切です。

置き換えでは、式と一緒に変数の範囲も書くことが大切です。 tをすべての実数として考えると、別の問題になってしまいます。

問題1(2):近似値を使わず、大小を証明

設問は、上の問題1の2番目です。

eの1/100乗と101/100を比べる問題です。小数の近似を計算するよりも、指数関数と接線の関係に着目できます。

h(t)=eᵗ−1−tとおくと、h(0)=0で、t>0ではh′(t)=eᵗ−1>0。したがって、t>0でeᵗ>1+tです。

t=1/100を代入すると、e^(1/100)>1+1/100=101/100となります。t>0のときに不等号が厳密に「>」になるため、等しい可能性も残りません。

「非常に近い数だから、電卓で比べる」という発想から、差の符号を関数の増減で説明する発想へ切り替えたい問題です。

問題1(3):5桁の整数は、繰り返す数字で分類

設問は、上の問題1の3番目です。

56789より小さい5桁の正の整数のうち、同じ数字がちょうど4個現れるものを数えます。4回現れる数字をd、残りの数字をeとし、d≠eとして分類すると、重複を防げます。

4回現れる数字d個数考え方
05先頭だけがe。10000〜50000
1〜4各40eが先頭以外なら4×9通り。先頭なら4通り
537eの位置と、56789との大小を確認
65eが先頭で、1〜5のいずれか
7〜9各4eが先頭で、1〜4のいずれか

d=5を詳しく見てみましょう。eが2桁目なら、50・51・52・53・54・56で始まる6通りが条件を満たします。eが3〜5桁目なら、2桁目が5なので、各位置で9通り、合計27通り。eが先頭なら1〜4の4通りです。したがって6+27+4=37通りです。

d=1〜4の場合、先頭がdなら上限を超えず、残り4か所からeの位置を選び、その数字をd以外の9通りから選べるので36通りです。eが先頭の場合は、1〜5のうちdを除く4通り。合わせて各40通りとなります。

d=6では、eが先頭の1〜5なら条件を満たします。特に56666は56789より小さいため含みます。d=7〜9では、先頭に5を置くと57777以上になるため、eは1〜4に限られます。d=0は先頭をeにするしかなく、10000〜50000の5通りです。

全体では、5+4×40+37+5+3×4=219個です。

数え上げでは、先頭が0にならない条件と、上限の56789を超えない条件を、別々に確認してください。

問題2:ベクトルの係数を座標として読む

問題の数式・条件

東北大学2026年度工学部AOⅡ期 数学 問題2の数式・条件をTeX再構成
数学 問題2:原題の数式・条件をTeXで再構成
問題の出典:大学公式・問題PDF

OP=sOA+tOBと表される点Pの存在範囲を考えます。三角形OABなので、OAとOBは平行ではありません。2方向を基準にすれば、係数(s,t)は点Pを一意に表し、係数平面の直線・領域を元の平面へ対応させられます。

(1) 条件が等式の場合

s+2t=2からs=2−2tです。代入すると、OP=2OA+t(OB−2OA)となります。

t=0ならOP=2OA、t=1ならOP=OBです。tはすべての実数を動くので、Pの存在範囲は、位置ベクトル2OAの点と点Bを通る直線全体です。s、tが実数である以上、線分だけに限定されません。

(2) 不等式が重なる場合

s≧0、t≧0、s+2t≧2、2s+3t≦6を、まず(s,t)平面で考えます。第1象限で2本の直線にはさまれた領域となり、頂点は次の4点です。

(s,t)=(2,0)、(3,0)、(0,2)、(0,1)

これらは元の平面では、それぞれ位置ベクトル2OA、3OA、2OB、OBの点に対応します。求める範囲は、この4点を頂点とする四角形の内部と周です。

東北大学2026年度工学部AOⅡ期 問題2(2) 解答図・係数平面の領域・スキルパス作成
問題2(2) 解答図・係数平面の領域:スキルパス作成の解答図
問題の出典:大学公式・問題PDF

例えばt=0では、s+2t≧2と2s+3t≦6から2≦s≦3です。s=0では1≦t≦2となります。2本の斜めの直線同士は第1象限内で交わらず、これらの軸上の区間を結ぶ四角形になります。不等号に等号が含まれているので、境界も全て含みます。

(3) s+tの最大・最小

頂点で比べると、s+tは順に2、3、2、1となります。最大値は3で(s,t)=(3,0)、最小値は1で(s,t)=(0,1)です。

不等式から直接確かめる場合、t≧0より2(s+t)≦2s+3t≦6なので、s+t≦3です。一方、s≧0より2(s+t)=s+(s+2t)≧0+2なので、s+t≧1となります。(3,0)と(0,1)はどちらも元の4条件を満たすため、この上下の限界を実際に達成できます。

問題3:積の極限は、対数で和に直す

問題の数式・条件

東北大学2026年度工学部AOⅡ期 数学 問題3の数式・条件をTeX再構成
数学 問題3:原題の数式・条件をTeXで再構成
問題の出典:大学公式・問題PDF

(1) 定積分

ここでlogは自然対数です。u=x+1と置くと、積分区間は1から2に変わります。部分積分により、∫log u du=u log u−∫u×(1/u)du=u log u−uです。元の変数へ戻すと、

∫₀¹ log(x+1)dx

=[(x+1)log(x+1)−(x+1)]₀¹

=2log 2−1

となります。下端x=0で原始関数は−1となるので、上端の値2log 2−2から引くとき、符号を落とさないようにしましょう。

(2) 積から区分求積へ

aₙ=(n+1)(n+2)…(n+n)に対して、n乗根aₙをnで割った値の極限を求めます。積にはn個の因子があるため、aₙ/nⁿ=∏ₖ₌₁ⁿ(1+k/n)です。bₙ=aₙ^(1/n)/nと置くとbₙ>0なので、対数を取れます。

log bₙ=(1/n)log aₙ−log n

=(1/n)Σₖ₌₁ⁿ{log(n+k)−log n}

=(1/n)Σₖ₌₁ⁿ log(1+k/n)

ここでΔx=1/n、各小区間の右端をxₖ=k/nと見ると、右辺はΣlog(1+xₖ)Δxです。log(1+x)は区間[0,1]で連続なので、この和は(1)の積分に収束します。したがってlog bₙ→2log 2−1です。

指数関数は連続なので、bₙ=e^(log bₙ)→e^(2log 2−1)=4/eです。求める対象はlog bₙではなくbₙなので、最後に指数関数へ戻すところまで書きましょう。

最初の小問が、後の小問で使う道具を用意していることがあります。 大問を通して、同じ関数や計算がどこに再登場するかを意識すると、解法の手掛かりになります。

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総合型のチャンスを、学力と実績の両方で生かす

この数学では、条件の読み落としを防ぐこと、場合分けの根拠を示すこと、別の形へ変換して考えることが大切です。解答を見て分かった問題も、白紙から自分で説明し直してみましょう。

理系の総合型・推薦は、基礎学力に加え、探究や制作で積み重ねた実績を伝えられるチャンスです。 だからこそ、筆記と活動の準備を並行して進めることが大切です。数学では場合分けや式変形の理由を、探究ではテーマを選んだ理由や改善の過程を、自分の言葉で説明できる状態を目指しましょう。

スキルパスでは、現役の理系大学院生や大学教員が指導。筆記・口頭試問の考え方から、探究・制作などの実績づくり、志望理由書・面接まで相談できます。難しい問題の答えだけを覚えるのではなく、「どの知識を使い、なぜその方針を選ぶのか」まで、一緒に確認できます。

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