三重大学工学部・電気電子工学コースの学校推薦型選抜「推薦①」で出題された、2026年度数学の大問2を解説します。三角関数の微分からグラフを描く問題と、定積分の漸化式を導く問題です。
微分・積分の基本を、途中の理由まで説明できるかがポイントです。 答えを覚えるだけでなく、導関数の符号、部分積分の選び方、奇数と偶数の計算の違いまで確認しましょう。
出典:三重大学公式・2026年度特別選抜の過去問、工学部・電気電子工学コース推薦①の数学問題PDF。大問2はPDF3ページです。問題の数式・条件をTeXで整理し、解答とグラフはスキルパスが作成しました。
実問題:cos²xのグラフと、cosⁿxの定積分

問題の出典:大学公式・問題PDF
(1)は、一階微分で増減、二階微分で曲がり方を調べる問題です。(2)は、指数が2つ違う積分の間に関係を見つけ、その関係を繰り返して値を求める問題です。
(1)①の詳解:合成関数の微分を忘れない
f(x)=cos²xは、cos xを二乗した関数です。二乗の微分とcos xの微分を続けて用いると、f′(x)=2cos x・(−sin x)=−sin 2xとなります。
さらに微分すると、f″(x)=−2cos 2xです。sin 2xを微分するときには、内側の2xの微分である2を掛けます。f″(x)=−cos 2xとしないように気をつけましょう。
(1)②の詳解:増減と曲がり方を別々に調べる
一階微分の符号から、単調減少と分かる
0<x<π/2では、0<2x<πなのでsin 2x>0です。したがってf′(x)=−sin 2x<0となり、グラフは区間全体で右下がりになります。
端点の値はf(0)=1、f(π/2)=0です。開区間の内部で増減は変わらず、内部に極値はありません。指定された閉区間での最大値はx=0のときの1、最小値はx=π/2のときの0です。端点では接線の傾きが0になることも、図に反映させます。
二階微分の符号が変わる点が、変曲点
f″(x)=0よりcos 2x=0を解くと、区間内ではx=π/4です。ここでf(π/4)=1/2となります。
0<x<π/4ではf″(x)<0、π/4<x<π/2ではf″(x)>0です。実際に符号が変わるので、変曲点は(π/4, 1/2)となります。二階微分が0になったことだけで判断せず、前後の符号まで確かめるのが大切です。

問題の出典:大学公式・問題PDF
グラフは(0, 1)から始まり、(π/4, 1/2)で曲がり方を変えて、(π/2, 0)に至ります。変曲点で一階微分が0になるわけではありません。この点の傾きは−1です。
(2)①の詳解:漸化式の出発点になるI₁とI₂
I₁はcos xの積分なので、原始関数sin xの端点の差から1です。
I₂には、半角の公式cos²x=(1+cos 2x)/2を用います。積分するとx/2+sin 2x/4となり、0とπ/2を代入するとπ/4です。
I₁=1、I₂=π/4の二つが、後の計算の出発点です。 漸化式は指数を2つずつ下げるため、片方だけではI₅とI₆の両方を求められません。
(2)②の詳解:部分積分で指数を2つ下げる
cosⁿ⁺²xを二つの因子に分ける
Iₙ₊₂の中のcosⁿ⁺²xを、cosⁿ⁺¹x・cos xと見ます。前者を微分し、後者を積分する部分積分を使うと、sin²xが現れます。
cosⁿ⁺¹xの微分は−(n+1)cosⁿx sin xです。部分積分そのものにある引き算と、微分で生じたマイナスが打ち消し合うため、積分の前の符号はプラスになります。
境界項cosⁿ⁺¹x sin xは、x=0ではsin 0=0、x=π/2ではcos(π/2)=0によって、どちらも0です。
sin²xを1−cos²xに直す
残った積分でsin²x=1−cos²xと変形すれば、IₙとIₙ₊₂が現れます。得られる式はIₙ₊₂=(n+1)(Iₙ−Iₙ₊₂)です。
右辺にもIₙ₊₂があるので、それを左辺へ移すと、(n+2)Iₙ₊₂=(n+1)Iₙとなります。両辺をn+2で割れば、求める漸化式が得られます。

問題の出典:大学公式・問題PDF
奇数と偶数の積分を、それぞれたどる
I₅を求めるには、まずn=3を代入してI₅=(4/5)I₃、次にn=1を代入してI₃=(2/3)I₁とします。I₁=1なので、I₅=8/15です。
I₆は、n=4からI₆=(5/6)I₄、n=2からI₄=(3/4)I₂となります。I₂=π/4を代入すると、I₆=5π/32です。
奇数の積分はI₁へ、偶数の積分はI₂へ戻ります。 I₅にπが付かず、I₆にπが付くことも、計算の確認に役立ちます。
答案で押さえたい三つのポイント
- グラフには端点と変曲点の座標を記し、導関数の符号で形の根拠を示す。
- 部分積分では、何を微分して何を積分したかと、境界項が0になる理由を残す。
- 漸化式を導いた後は、I₅とI₆で出発点が異なることを確かめる。
最終結果だけをそろえる練習では、途中式の符号や端点の扱いを見落としがちです。何も見ずに関係式を導き直し、グラフの形も言葉で説明してみてください。
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今回の問題は、高校数学の微分・積分を一つずつ正確に使えば、解答までたどれます。教科の基礎を固め、式を選んだ理由まで説明できるようにすることが、推薦対策にもつながります。
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