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次の行列の計算を行え. (1

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Academic year: 2021

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(1)

1. (i, j) 成分 aij が次のように与えられる 3×2行列 A= [aij] を具体的に書け.

(1) aij = (1)i+j (2) aij =i+j (3) aij =δij (4) aij =δj,4i ただし,δij はクロネッカーのデルタと呼ばれる記号で,次のように定義される.

δij = {

1 (i=j) 0 (i̸=j)

2. 正方行列 AtA=A を満たすとき,A を対称行列という.次の行列が対称行列 であるように a, b, c を定めよ.

(1)



1 2c+ 1 3

a 2 c

b a−2 0



 (2)



2 b−2 1

a 3 c

b−2 a+ 1 5



3. 正方行列AtA =−A を満たすとき,A を交代行列という.次の行列が交代行 列であるように a, b, c, d を定めよ.

(1)



0 2c+ 1 3 a b−2 c c d−2 0



 (2)



0 a+ 1 1 b 3−b d 1 c−1 c



4. 次の行列の計算を行え.

(1)

[ 1 2 3 4

] +

[ 5 6 7 8

]

(2) 2

[ 3 1 2 0 1 5

]

3

[ 0 4 3

1 2 4

]

(3) 3



 1 2 3



5



 0

1

1



(4) 2 [

1 3 2 ]

+ (3) [

1 1 1 ]

(2)

5. n→ ∞ のとき,次の数列は収束するか.収束するならばその極限値を求めよ.

(1) an = 3n+ 5

5−n (2) an = sinn

n (3) an =√

1(1)n (4) an =n (√

1 + 1 n 1

)

6. 次の極限値を求めよ.

(1) lim

n→∞

1 + 2 + 3 +· · ·+n

n2 (2) lim

n→∞

12+ 22+ 32+· · ·+n2 n3

7. an = (

1 1 n

)n

とするとき, lim

n→∞an を求めよ.

8. 次の極限値を求めよ(ただし,±∞ もあり得る).

(1) lim

x→∞

2x4+x36

6x4+ 3x2+x (2) lim

x→∞

x3+ 2x+ 1 x21 (3) lim

x→∞

x2+ 2x+ 1

x31 (4) lim

x→−1−0

x3 x+ 1 (5) lim

x→∞

√x(√

x+ 1−√ x)

(6) lim

x0

√x+ 42 x

9. lim

x→∞

( 1 + 1

x )x

=e であることを用いて次の極限値を求めよ.

(1) lim

x→−∞

( 1 + 1

x )x

(2) lim

x0(1 +x)x1 (3) lim

x0

log(1 +x)

x (4) lim

x0

ex1 x

10. 次の極限値を求めよ.必要なら lim

x0

sinx

x = 1 を用いてよい.

(1) lim

x+0

sinx

√x (2) lim

x0

1cos 2x

x2 (3) lim

x0

sin 3x sin 2x (4) lim

xπ2

sin(cosx)

cosx (5) lim

x0

tanx

x (6) lim

x0

e2x1 e3x1

(3)

11. 次の行列の計算を行え.

(1)

[ 2 1 2 1 5 2

]



2 3 2 0 2 7

1 1 3



 (2)



1 2 3 3 2 1 0 0 2





1 2

4 1

1 9



(3)



 2

1 4



 [

3 1 2 ]

(4) [

3 1 2 ]



 2

1 4



(5)

[ 1 2 3 4

] [ 5 6 7 8

]

(6)

[ 5 6 7 8

] [ 1 2 3 4

]

(7)



0 1 2 0 0 1 0 0 0



3

(8)





1 2 1 0 3 4 0 1 0 0 1 3 0 0 0 1









2 2 1 0 2 3 0 1 0 0 3 1 0 0 1 0





12. 次の行列の計算を行え.

(1) [

1 2 3 ]



0 5 9

3 2 8

1 8 1



2 [

1 2 3 ]



1 0 1

3 2 3

4 2 1



(2)

[ 2 1 2 1 5 2

]



1 2 3 3 2 1 0 0 2





1 2

4 1

1 9



[ 1 0 0 1

]

13. 平面ベクトル a=

 1 2

 と b=

12 23

3 2

1 2

 1 2

 のなす角を求めよ.

14. A を (1,3) 成分と (2,4) 成分と (3,1) 成分と (4,2) 成分が 1 で他の成分は全て 0 であるような 4 次正方行列とする.A5 を求めよ.

(4)

15. 以下の逆三角関数表を埋めよ.

x 1 23 12 12 0 12 1

2

3

2 1

sin1x cos1x

x −√

3 1 13 0 1

3 1

3 tan1x

16. 次の基本的な関数とその導関数の表を埋めよ.

f(x) xn sinx cosx tanx ex logx sin1x cos1x tan1x f(x)

17. 次の関数の導関数を求めよ.

(1) (3x1)20 (2) sin2x (3) cos3 x 2 (4) 2x

(5) (1

3 )x

(6) log5x

(7) 1 1 +x2

(8) exsinx (9) sin(x2) (10) log|log|x|| (11)

1 + sinx (12) logtanx 2

(13) sin1 x3 (14) cos1 x4 (15) tan1 x5 (16)

x2+ 2 (17) log|x+√

x2+ 2| (18) x

9−x2+ 9 sin1 x 3 (19) tan1

( 1

3tanx 2

)

(20) log

√1cosx 1 + cosx

(5)

18. 次の連立1次方程式を解け.

(1)









x+ 2y−z = 2

−x+ 3z = 8 y−2z =4

(2)









a+b−c= 1 2a+b+ 3c= 4

−a+ 2b4c=2

(3)









2s+t+ 3u= 1

−t+ 2u= 2 s−u=2

(4)









2α+ 3β = 4 α−β+γ = 1 3α+β−3γ =2

(5)









2p+ 3q−r =3

−p+ 2q+ 2r= 1 p+q−r =2

(6)









ξ+ 2ζ = 1 2ξ+η+ζ = 0 η+ζ = 0

(7)















x12x2+ 2x3−x4 = 2 4x2−x3+x4 =4

3x1+ 5x2+ 5x3+ 4x4 = 1 3x1+ 4x2+ 3x32x4 =2

(8)























y1+y2+y3+y4+y5 = 28 y1+y2+y3 = 25

2y1+ 4y2+ 6y3+ 8y4+ 10y5 = 164 8y4+ 10y5 = 28

2y1+ 6y3+ 10y5 = 144

19. 10%の食塩水と15%の食塩水を混ぜあわせて13%の食塩水を200g作りたい.そ れぞれ何gずつ混ぜればよいか.

20. たけし君は彼のお父さんが 28 歳,お母さんが 25 歳のときに生まれました.現在 のたけし君とお父さんとお母さんの年齢を足し合わせると 209 になります.たけ し君,お父さん,お母さんは今それぞれ何歳でしょう.

21. ツルとカメとアリとタコとイカが合わせて28匹いる.その内,ツルとカメとアリ が合わせて25匹いる.全員の足の数を合わせると164本で,タコとイカの足の数 が合わせて28本,ツルとアリとイカの足の数が合わせて144本であるとき,それ ぞれ何匹ずついるか.ただし,ツルの足は2本,カメの足は4本,アリの足は6 本,タコの足は8本,イカの足は10本であるとする.

(6)

22. 次の極限値を求めよ.

(1) lim

x0

log(1 +x)

x (2) lim

xπ2

esinx−e log sinx (3) lim

x0

(1 +x)1x −e

x (4) lim

x0

ex−esinx x3 (5) lim

x→∞

sinx+x

x (6) lim

x+0xlogx (7) lim

x+0xx (8) lim

x→∞x1x (9) lim

x+0x1x (10) lim

x →∞(logx) log (

1 + 1 x

)

23. 次の関数のグラフの概形を描け.

(1) y= sin1x+ cos1x (1≤x≤1) (2) y=

( 1 + 1

x )x

(x(−∞,−1)(0,))

24. 次の関数が(−∞,∞) で連続であるとき,a の値を求めよ.

(1) f(x) =

{ a (x= 0)

sinx

x (x̸= 0) (2) f(x) =

{ a (x= 0)

|x|x (x̸= 0) 25. 以下の(−∞,∞) 上定義された関数 fx= 0 における微分係数を求めよ.

f(x) =

{ 0 (x= 0) x2sin1x (x̸= 0) 26. 次の関数の3 階導関数を求めよ.

(1) (2x+ 3)3 (2)

2x+ 3 (3) cosxcos 2x

(4) x

(1−x)2 (5) x2sinx (6) exsinx

(7)

27. 次の行列の階数を求め,各々を係数行列とする同次形の連立1次方程式を解け.

(1)



1 2 3

2 4 1

8 1 5



 (2)



2 1 3

6 3 9

4 2 6



 (3)



3 5 1

1 1 1 2 4 1



(4)



1 1 1 2

1 2 1 3

3 4 1 7



28. 次の行列を拡大係数行列とする連立1次方程式を解け.

(1)



1 2 1 1 2 3 1 0 1 2 2 0



 (2)



1 2 1 0 2 3 1 1 1 2 2 0



(3)



1 2 1 0 2 3 1 0 1 2 2 1



 (4)



1 2 3 4

2 4 6 8 3 6 9 12



(5)



1 0 3 2

2 1 1 3

5 4 5 5



 (6)





1 2 1 1 0 3

2 4 3 0 0 8

3 6 8 7 1 16

1 2 2 7 1 0





29. 3つの溶液 A, B, C が混ざり合った混合溶液 X, Y, Z がある.それぞれの混合溶 液における溶液A, B, C の混合比率(質量比)は,溶液 X は 1 : 4 : 2で,溶液 Y は1 : 2 : 3 で,溶液 Zは 3 : 2 : 1 である.これら3つの混合溶液 X, Y, Zを混ぜ 合わせて A, B, C の混合比率が 1 : 2 : 2 の混合溶液を作りたい.溶液 X, Y, Z それぞれどのような比率でまぜ合わせればよいか.ただし,各々の溶液を混ぜても 化学反応等による質量欠損は起きないものとする.

(8)

30. 次の関数のマクローリン展開を求めよ.特にxn の係数を n で表わせ.

(1) sinx (2) cosx (3) tanx

(4) ex (5) log(1 +x) (6) 1

1−x 31. 次の関数のマクローリン展開を 3 次の項まで求めよ.

(1) (2x+ 3)3 (2)

2x+ 3 (3) cosxcos 2x

(4) x

(1−x)2 (5) x2sinx (6) exsinx (7) sin1x (8) cos1x (9) tan1x

32.

1 +x のマクローリン展開を用いて

1.01 の近似値を求めよ.またその近似値 の誤差を評価せよ.

33. ex のマクローリン展開を用いてe の小数第4位まで正確な近似値を求めよ.

34. 関数 f(x) に対して

fn,a(x) =

n k=0

f(k)(a)

n! (x−a)k

f(x)のx=aのまわりのn次テイラー多項式と呼ぶ.すなわち,f(x)のx =a のまわりのテイラー展開を n 次の項で打ち切った多項式が fn,a(x) である.次の 関数 f(x) の x= 0 のまわりの 3 次テイラー多項式 f3,0(x) を求め,y = f3,0(x) のグラフを描け.

(1) f(x) = sinx (2) f(x) = cosx (3) f(x) = tanx (4) f(x) =ex (5) f(x) = log(1 +x) (6) f(x) = 1

1−x 35. 次の関数 f(x) のx = 1のまわりのテイラー展開を求めよ.

(1) f(x) =x53x4+x32x25x+ 1 (2) f(x) = logx

(9)

36. 次の行列の行列式を求めよ.

(1)

[ cosθ sinθ sinθ cosθ

]

(2)

[ a b

c d

] [ p q

r s ]

(3)

[ a b

c d ]

+

[ p q

r s ]

(4)



1 2 3 4 5 6 7 8 9



 (5)



1 2 3 9 8 0 1 2 3



 (6)



0 2 6

1 4 12 3 6 18



(7)



1 2 3

2 1 2

3 1 5



 (8)



1 2 3

2 1 1 3 2 5



 (9)



3 0 1

3 9 7

7 8 10



3

(10)



1 0 0 4 2 0 5 6 3



 (11)



5 3 10 0 8 99 0 0 13



 (12)



1 2 1 2 3 1 1 2 2



−1

(13)





1 3 4 0 2 1 8 1

3 2 8 0

3 0 0 1





 (14)





0 1 4 0

2 3 9 1

4 1 1 0

5 0 4 3





(15)





0 0 3 0

0 2 0 0

6 0 0 0

0 0 0 7





 (16)









4 3 0 5 3

3 4 6 7 0

2 1 0 10 11

2 4 8 3 2

5 5 5 5 5









37. 平面上の4 点 O(0,0), A(a, b), B(a+c, b+d), C(c, d) が平行四辺形を成すとき,

その平行四辺形 OABCの面積を求めよ.

38. 平面上の 4 点 A(0,1), B(6,1), C(7,3), D(5,5) に対して四角形 ABCD の面積 を求めよ.

(10)

39. 次の多変数関数 f の偏導関数を全て求めよ.

(1) f(x, y) =x2y−4xy+ 3y1 (2) f(x, y) = 2x33x2+ 6xy23y2 (3) f(x, y) =x2+y22x2 logy (4) f(x, y) =xy(x2+y21)

(5) f(x, y, z) = 3x2+ 6xz+y2+ 4yz+ 7z2

(6) f(x1, x2, x3, x4) =4x1x22x2x3+ 2x3x4+x4x1

40. n変数関数 f(x1, . . . , xn) に対して

fx1(a1, . . . , an) =fx2(a1, . . . , an) =· · ·=fxn(a1, . . . , an) = 0

を満たす点(a1, . . . , an) を f の停留点という.次の関数の停留点を全て求めよ.

(1) f(x, y) =x2y−4xy+ 3y1 (2) f(x, y) = 2x33x2+ 6xy23y2 (3) f(x, y) =x2+y22x2 logy (4) f(x, y) =xy(x2+y21)

(5) f(x, y, z) = 3x2+ 6xz+y2+ 4yz+ 7z2

(6) f(x1, x2, x3, x4) =4x1x22x2x3+ 2x3x4+x4x1

41. 2 変数関数 f(x, y) に対して,H(x, y) =

fxx fxy

fyx fyy

= fxxfyy −fxyfyx

f(x, y) のヘシアン(Hessian)という.次の関数のヘシアンを求めよ.

(1) f(x, y) =x2y−4xy+ 3y1 (2) f(x, y) = 2x33x2+ 6xy23y2 (3) f(x, y) =x2+y22x2 logy (4) f(x, y) =xy(x2+y21)

(11)

42. 次の関数 f(x, y) の極値を全て求めよ.

(1) f(x, y) =x2y−4xy+ 3y1 (2) f(x, y) = 2x33x2+ 6xy23y2 (3) f(x, y) =x2+y22x2 logy (4) f(x, y) =xy(x2+y21)

(5) f(x, y) =x2−xy+y24x−y+ 2 (6) f(x, y) =x3+y39xy+ 1

(7) f(x, y) =xy+ 1 x + 1

y (8) f(x, y) =x22xy+y3

(9) f(x, y) =xy(ℓ−x−y) は正の定数で,x >0, y >0 とする.)

43. 次の条件付き極値問題を解け.

(1) (x, y) x2+y2 = 1 上を動くとき x2+ 4xy+ 6y2 の極値を全て求めよ.

(2) 点(x, y) がxy = 1 上を動くとき x2+ 4y2 の極値を全て求めよ.

(3) 点(x, y) がx+ 2y= 1 上を動くとき x2+y2 の極値を全て求めよ.

(4) (x, y) x2+y2 = 4 (y >0) 上を動くとき xy3 の極値を全て求めよ.

(5) (x, y) x2

4 +y2 = 1 上を動くとき,xy の極値を全て求めよ.

44. 次の曲面 z =f(x, y) の点 (a, b, f(a, b)) における接平面の方程式を求めよ.

(1) z =xy, (a, b) = (1,2)

(2) z =x22xy+ 3y3, (a, b) = (2,1) (3) z =√

1−x2−y2, (a, b) =(1

2,12)

(12)

45. n 次正方行列 An = [aij] の (i, j) 成分が aij = ij +δ|i−j|,1 で 与えられると き,Anの行列式を求めよ.

46. n次正方行列 Dn = [dij] の(i, j) 成分が dij =



1 (i, j)∈ {(1,3),(3,1)} 0 (i, j)∈ {(1,2),(2,1)}

ij+δ|ij|,1 (i, j)∈ {/ (1,2),(2,1),(1,3),(3,1)} で与えられるとき,Dn の行列式を求めよ.ただし,n≥4 とする.

47. 横軸をx軸,縦軸を y軸とする座標平面上に 13 個の点P0, . . . ,P12 が図のように 配置されている.ただし,P0 は原点であり,縦横の目盛り幅は共に長さ 1である.

(1) 図中の塗りつぶされた領域(R の部分)の面積を求めよ.

(2) 各点 Pi の座標を (xi, yi) とおき,

[ ξi ηi

]

=

[ 3 1

2 1

] [ xi yi

]

に よ り 新 た に 13 個 の 点 Q00, η0), . . . ,Q1212, η12) を 定 め る .九 角 形 Q0Q1· · ·Q8 と四角形 Q9Q10Q11Q12 とで囲まれる領域の面積を求めよ.

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