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一次関数の利用(文章題)


文章題の解き方の型

一次関数の文章題は、次の手順でほぼ解けます。

4つの手順

  1. 何を \(x\)、何を \(y\) にするか決める(たいてい「時間」が \(x\))
  2. 最初の値を見つける → これが切片 \(b\)
  3. 1つ増えるといくつ変わるかを見つける → これが傾き \(a\)
  4. 式 \(y = ax + b\) を作って、聞かれたことに答える

「最初からある分」が \(b\)、「増え方・減り方」が \(a\) です。


型1:水そう・料金の問題

例題1

\(20\) L の水が入った水そうから、毎分 \(2\) L ずつ水を抜きます。

  1. \(x\) 分後の水の量を \(y\) L として式を作りなさい。
  2. \(7\) 分後の水の量を求めなさい。
  3. 水そうが空になるのは何分後ですか。
解答

(1) 最初が \(20\) L(切片)、毎分 \(2\) L 減るので傾きは \(-2\)。

\[ \boxed{y = -2x + 20} \]

(2) \(x = 7\) を代入:

\[ y = -2 \times 7 + 20 = -14 + 20 = 6 \text{ L} \]

(3) 空になる = \(y = 0\):

\[ 0 = -2x + 20 \quad\Rightarrow\quad 2x = 20 \quad\Rightarrow\quad x = 10 \]

\(10\) 分後

「減る」ときは傾きがマイナス

増えるか減るかで、傾きの符号が決まります。ここを間違えると全部ずれます。

例題2

ある携帯電話の料金プランは、基本料金 \(1500\) 円に加え、\(1\) GB あたり \(400\) 円かかります。

  1. \(x\) GB 使ったときの料金を \(y\) 円として式を作りなさい。
  2. 料金が \(3900\) 円になるのは何 GB 使ったときですか。
解答

(1) 基本料金 \(1500\) 円が切片、\(1\) GB あたり \(400\) 円が傾き。

\[ \boxed{y = 400x + 1500} \]

(2) \(y = 3900\) を代入:

\[ 3900 = 400x + 1500 \]
\[ 400x = 2400 \quad\Rightarrow\quad x = 6 \]

\(6\) GB


型2:速さ・道のりの問題(グラフの読み取り)

時間と道のりのグラフでは、傾きが速さを表します。

グラフの傾き = 速さ

\[ \text{傾き} = \frac{\text{道のりの増加量}}{\text{時間の増加量}} = \text{速さ} \]

グラフが急なほど速く、水平なら止まっています。

例題3

Aさんは家を出て、分速 \(60\) m で駅へ向かいました。家から駅までは \(900\) m です。

  1. 出発して \(x\) 分後の、家からの道のりを \(y\) m として式を作りなさい。
  2. 駅に着くのは何分後ですか。
  3. \(x\) の変域を答えなさい。
解答

(1) 出発時は家(\(0\) m)にいるので切片は \(0\)。分速 \(60\) m が傾き。

\[ \boxed{y = 60x} \]

(2) \(y = 900\) のとき:

\[ 900 = 60x \quad\Rightarrow\quad x = 15 \]

\(15\) 分後

(3) 出発から到着までなので

\[ 0 \leqq x \leqq 15 \]

変域を書き忘れない

「駅に着いたらそれ以上進まない」ので、\(x\) は \(15\) までです。 変域を聞かれたら、始まりと終わりの両方を考えます。

例題4(追いつく問題)

弟が家を出発して分速 \(50\) m で歩き始めました。その \(10\) 分後、兄が同じ道を分速 \(150\) m の自転車で追いかけました。

兄が出発してから何分後に弟に追いつきますか。

解答

弟が出発してから \(x\) 分後の、家からの道のりを \(y\) m とします。

  • 弟: \(y = 50x\)
  • 兄: \(10\) 分後に出発するので、\(y = 150(x - 10)\)

追いつくとき2人の道のりが等しいので

\[ 50x = 150(x - 10) \]
\[ 50x = 150x - 1500 \]
\[ -100x = -1500 \quad\Rightarrow\quad x = 15 \]

弟が出発してから \(15\) 分後。聞かれているのは兄が出発してからなので

\[ 15 - 10 = 5 \]

\(5\) 分後

何を聞かれたかを最後に確認

\(x = 15\) で終わりにすると不正解です。 「兄が出発してから」なので \(10\) を引きます。最後に問題文へ戻る習慣をつけましょう。


型3:図形と動点の問題

点が図形の辺上を動くとき、面積がどう変わるかを式にします。

例題5

下の長方形 ABCD で、AB \(= 6\) cm、BC \(= 10\) cm です。 点 P は B を出発し、毎秒 \(1\) cm の速さで辺 BC 上を C まで動きます。

出発してから \(x\) 秒後の三角形 ABP の面積を \(y\) cm² とします。

  1. \(y\) を \(x\) の式で表しなさい。
  2. \(x\) の変域を答えなさい。
  3. 面積が \(21\) cm² になるのは何秒後ですか。
A D B C P → 6 x 10
点 P は B から C へ動く。三角形 ABP の面積を考える
解答

(1) 三角形 ABP は、底辺 BP、高さ AB の三角形です。

  • BP の長さ: 毎秒 \(1\) cm で \(x\) 秒進むので \(x\) cm
  • 高さ AB: \(6\) cm
\[ y = \frac{1}{2} \times x \times 6 = 3x \]
\[ \boxed{y = 3x} \]

(2) P は B から C まで(\(10\) cm)動くので

\[ 0 \leqq x \leqq 10 \]

(3) \(y = 21\) を代入:

\[ 21 = 3x \quad\Rightarrow\quad x = 7 \]

\(7\) 秒後(変域 \(0 \leqq x \leqq 10\) の中なので適しています)

動点の問題で必ずやること

  1. 底辺と高さがどれかをはっきりさせる
  2. 動く長さを \(x\) で表す
  3. 変域(どこからどこまで動けるか)を確認する

練習問題

問1

\(30\) L 入る水そうに、\(6\) L の水が入っています。毎分 \(4\) L ずつ水を入れます。

  1. \(x\) 分後の水の量 \(y\) L を式で表しなさい。
  2. 満水になるのは何分後ですか。
解答

(1) \(y = 4x + 6\)

(2) \(30 = 4x + 6\) より \(4x = 24\)、\(x = 6\)。\(6\) 分後

問2

長さ \(18\) cm のろうそくに火をつけると、\(1\) 分間に \(0.5\) cm ずつ短くなります。

  1. \(x\) 分後の長さ \(y\) cm を式で表しなさい。
  2. \(20\) 分後の長さを求めなさい。
  3. 燃えつきるのは何分後ですか。
解答

(1) \(y = -0.5x + 18\)

(2) \(y = -0.5 \times 20 + 18 = -10 + 18 = 8\) cm

(3) \(0 = -0.5x + 18\) より \(0.5x = 18\)、\(x = 36\)。\(36\) 分後

問3

Aさんは家から \(1200\) m 離れた図書館へ、分速 \(80\) m で歩いて向かいました。

  1. 出発 \(x\) 分後の、図書館までの残りの道のり \(y\) m を式で表しなさい。
  2. 残り \(400\) m になるのは何分後ですか。
解答

(1) 最初の残りが \(1200\) m、毎分 \(80\) m ずつ減るので

\[ y = -80x + 1200 \]

(2) \(400 = -80x + 1200\) より \(80x = 800\)、\(x = 10\)。\(10\) 分後

「残り」か「進んだ分」か

同じ場面でも、何を \(y\) にするかで式が変わります。 - 進んだ道のり: \(y = 80x\)(増える) - 残りの道のり: \(y = -80x + 1200\)(減る)

問題文をよく読んで、どちらを聞かれているか確認しましょう。

問4(応用)

正方形 ABCD の1辺は \(8\) cm です。点 P は A を出発し、毎秒 \(2\) cm で \(A \to B \to C\) と動きます。

\(x\) 秒後の三角形 APD の面積を \(y\) cm² とするとき、\(0 \leqq x \leqq 4\) の範囲で \(y\) を \(x\) の式で表しなさい。

解答

\(0 \leqq x \leqq 4\) のとき、P は辺 AB 上にあります(AB \(=8\) cm を毎秒 \(2\) cm なので \(4\) 秒かかる)。

三角形 APD は、底辺 AP、高さ AD の三角形です。

  • AP \(= 2x\) cm
  • AD \(= 8\) cm
\[ y = \frac{1}{2} \times 2x \times 8 = 8x \]
\[ \boxed{y = 8x \quad (0 \leqq x \leqq 4)} \]

\(x > 4\) のときは式が変わる

P が辺 BC 上に移ると、三角形 APD の高さが変わるため式が変わります。 動点の問題では、辺ごとに場合分けするのが基本です。


この単元のまとめ

  • 「最初からある分」= 切片 \(b\)、「増え方・減り方」= 傾き \(a\)
  • 減るときは傾きがマイナス
  • 時間と道のりのグラフでは、傾き = 速さ
  • 追いつく問題は「道のりが等しい」で式を立てる
  • 動点の問題は、底辺・高さ・変域の3つを確認する
  • 最後に「何を聞かれたか」を問題文で確認する

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