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1951年(昭和26年)東京大学-数学(解析I)[3]

[3] 山の高さを知るために,同じ水平面上に二地点 A,Bをとり,山の頂点 C からこの水平面に下した垂線の足を D として,\rm AB= a\angle\rm CAB=\alpha\angle\rm ABC=\beta\angle\rm CAD=\gammaを測った.このとき

(1) 山の高さ \rm CD=h を求める式を作れ.

(2)  a=1000m,\alpha=75^{\circ}\beta=53^{\circ}\gamma=39^{\circ} のとき,次の数表を用いて h を求めよ.

三角函数

sin cos tan
37^{\circ} .6018 .7986 .7536
38^{\circ} .6157 .7880 .7813
39^{\circ} .6293 .7771 .8098

対数表

0 1 2 3 4
6.2 .7295 .7931 .7938 .7945 .7952
6.3 .7993 .8000 .8007 .8014 .8021
7.8 .8921 .8927 .8932 .8938 .8943
7.9 .8976 .8982 .8987 .8993 .8998
5 6 7 8 9
6.2 .7959 .7966 .7973 .7980 .7987
6.3 .8028 .8035 .8041 .8048 .8055
7.8 .8949 .8954 .8960 .8965 .8971
7.9 .9004 .9009 .9015 .9020 .9025

2024.09.24記
数表は線型補間する.例えば[解答]に登場する \log_{10} 7.986=x となる x を求めるとき,
\log_{10} 7.98=0.9020\log_{10} 7.99=0.9025
だから,この付近では真数が 0.01 増えると対数の値は 0.0005 増えるので
真数が 0.006 増えると対数の値は x0.0005\times 0.6=0.0003 増えると近似でき,
\log_{10} 7.986=0.9023
と近似できる.

[解答]
(1) h=\mbox{AC}\sin\gamma=\dfrac{\mbox{AB}}{\sin(\alpha+\beta)}\cdot\sin\beta\cdot\sin\gamma=\dfrac{\sin\beta\sin\gamma}{\sin(\alpha+\beta)}a
となる.

(2) h=\dfrac{\sin53^{\circ}\sin39^{\circ}}{\sin128^{\circ}}\cdot 1000=\dfrac{\cos37^{\circ}\sin39^{\circ}}{\cos38^{\circ}}\cdot 1000
であるから,三角函数表から
h=\dfrac{0.7986\times0.6293}{0.7880}\times 1000=\dfrac{7.986\times.6.293\times 100}{7.880}
となる.よって
\log_{10}  h=\log_{10} 7.986+\log_{10}6.293+\log_{10}100-\log_{10}7.880
となり,対数表から
\log_{10} 7.98=0.9020\log_{10} 7.99=0.9025
\log_{10} 6.29=0.7987\log_{10} 6.30=0.7993
だから線型補間により
\log_{10} 7.986=0.9023\log_{10} 6.293=0.79888
となり,
\log_{10} 7.88=0.8965
とあわせて
\log_{10}  h=0.9023+0.79888+2-0.8965=2.80468
となる.再び対数表により
\log_{10} 6.37=0.8041\log_{10} 6.38=0.8048
から線型補間により
\log_{10}\left(6.37+0.01\times\dfrac{5.8}{7}\right)=\log_{10}6.37828=0.80468
となるので,h=637.828m,有効数字4桁で表して h=637.8m となる.

近似計算では最後の桁はずれることもしばしばである.例えば常に有効数字4桁に丸めながら計算すると \log_{10} 6.293=0.79888\log_{10} 6.293=0.7989 として以降計算することになり,
\log_{10}  h=2.8047
となる.再び対数表により
\log_{10} 6.37=0.8041\log_{10} 6.38=0.8048
から線型補間により
\log_{10}\left(6.37+0.01\times\dfrac{6}{7}\right)=\log_{10}6.37857=0.8047
となるので h=637.9m となる.

また,線型補間をせずに近い方,とすれば
\log_{10}  h=\log_{10} 7.986+\log_{10}6.293+\log_{10}100-\log_{10}7.880
=\log_{10} 7.99+\log_{10}6.29+\log_{10}100-\log_{10}7.88
=0.9025+0.7987+2-0.8965=2.8047
となり,対数表で 0.8047 に一番近いのは
\log_{10} 6.38=0.8048
だから
h=638m
となる.当時の東大の採点が線型補間に重きを置いていたのであればそれなりに減点されるが,数表の見方を理解しているかのみに重きを置いていたのであればほとんど減点されないだろう.実際はどうだったかはわかりません.




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