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東京大学 院試 過去問 解答例

東大 情報理工学系研究科 電子情報学専攻 専門科目 2025年度 院試 過去問 解答例・解説(全5問)

全5問。電磁気学・回路2問。テーマタグは3件(伝達関数・ラプラス変換・標本化定理)。2024年度と共通のテーマはラプラス変換。

最終更新:

収録5年度分の解答PDF:東京大学 情報理工学系研究科 電子情報学専攻 専門科目(¥2,880・紙面見本あり)

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解説5問と大問1問の途中式・最終答(全5問)
解答PDFに収録
途中式と最終答(最終答つき5問)
問題本文
非収録

東大 専門科目 2025年度 院試 過去問の出題内容(全5問)

この5問の分野は電磁気学・回路2問です。

大問分野主題解説の小見出し最終答
第1問電磁気学・回路交流回路と理想変圧器変圧器を先に消去する / ステップ応答の確認あり
第2問電磁気学・回路順序回路順序回路は式、表、図の順で固める / 周期出力の設計あり
第3問—最小全域木Kruskal 法の計算量 / Second MST の考え方あり
第4問—最小二乗法行列の向きに注意 / 一意性の意味あり
第5問—離散時間信号処理安定性は極で見る / 周波数応答の位相あり

2025年度の出題テーマと、同じテーマを出した他大学・他年度

この年度は2問に3テーマが出ています。

前年度(2024年度)との違い

大問数
2024年度 5問 → 2025年度 5問
両年度に出たテーマ
ラプラス変換
2025年度で新しく出たテーマ
伝達関数・標本化定理
2024年度のページを見る

第1問 — 交流回路と理想変圧器

変圧器を先に消去する

理想変圧器を含む回路では、二次側負荷を一次側へ換算してから直列回路として見るのが最も早い。インピーダンスは巻数比の二乗で換算され、電圧は巻数比で換算される。この二つを混同すると係数 nn と n2n^2 が入れ替わる。

ステップ応答の確認

最終値定理から lim⁡t→∞v2(t)=lim⁡s→0sV2(s)=12 \lim_{t\to\infty}v_2(t)=\lim_{s\to 0}sV_2(s)=\frac{1}{2} であり、得られた時間応答も同じ値へ収束する。また v2(0+)=0v_2(0+)=0 で、キャパシタ電圧が瞬時に飛ばないという物理的直感とも合う。

解答

二次側の負荷インピーダンスを ZL(s)=R2∥1sC2=R21+sR2C2 Z_L(s)=R_2\parallel \frac{1}{sC_2} =\frac{R_2}{1+sR_2C_2} とおく。理想変圧器の巻数比が一次:二次 =n:1=n:1 なので、二次側負荷を一次側へ換算すると Zref(s)=n2ZL(s) Z_{\mathrm{ref}}(s)=n^2 Z_L(s) である。一次側巻線の端子電圧を V1(s)V_1(s)、二次側端子電圧を V2(s)V_2(s) とすると、同名端子の向きをそろえた電圧として V2(s)=1nV1(s) V_2(s)=\frac{1}{n}V_1(s) が成り立つ。

したがって、電源から見た全体インピーダンスは Z0(s)=R1+sL1+n2R21+sR2C2. Z_0(s)=R_1+sL_1+n^2\frac{R_2}{1+sR_2C_2}. また、分圧より V1(s)=V0(s)n2ZL(s)R1+sL1+n2ZL(s) V_1(s)=V_0(s)\frac{n^2 Z_L(s)} {R_1+sL_1+n^2Z_L(s)} であるから、二次側電圧は V2(s)=V0(s)nZL(s)R1+sL1+n2ZL(s). V_2(s)=V_0(s)\frac{n Z_L(s)} {R_1+sL_1+n^2Z_L(s)}.

最後に R1=R2=L1=C2=n=1R_1=R_2=L_1=C_2=n=1、入力 v0(t)=u(t)v_0(t)=u(t) の場合を計算する。このとき ZL(s)=11+s,V2(s)V0(s)=1s2+2s+2. Z_L(s)=\frac{1}{1+s},\qquad \frac{V_2(s)}{V_0(s)} =\frac{1}{s^2+2s+2}. よって V2(s)=1s(s2+2s+2)=121s−12s+1(s+1)2+1−121(s+1)2+1. V_2(s)=\frac{1}{s(s^2+2s+2)} =\frac{1}{2}\frac{1}{s} -\frac{1}{2}\frac{s+1}{(s+1)^2+1} -\frac{1}{2}\frac{1}{(s+1)^2+1}. 逆ラプラス変換により v2(t)=12{1−e−t(cos⁡t+sin⁡t)}u(t) v_2(t)=\frac{1}{2}\left\{1-e^{-t}(\cos t+\sin t)\right\}u(t) を得る。

最終答

V2(s)=1nV1(s),Z2(s)=R21+sR2C2,Z0(s)=R1+sL1+n2Z2(s), V_2(s)=\frac{1}{n}V_1(s),\quad Z_2(s)=\frac{R_2}{1+sR_2C_2},\quad Z_0(s)=R_1+sL_1+n^2Z_2(s), V2(s)=V0(s)nZ2(s)R1+sL1+n2Z2(s),v2(t)=12{1−e−t(cos⁡t+sin⁡t)}u(t). V_2(s)=V_0(s)\frac{nZ_2(s)}{R_1+sL_1+n^2Z_2(s)},\quad v_2(t)=\frac{1}{2}\{1-e^{-t}(\cos t+\sin t)\}u(t).

第2問 — 順序回路

順序回路は式、表、図の順で固める

最初に各DFFの入力式を読む。次に、現在状態を全列挙して次状態表を作る。状態遷移図はこの表を丸と矢印にしただけなので、表の段階で誤りがなければ自然に描ける。

周期出力の設計

任意の長さ7の周期列は、3個のDFFで7状態だけを使えば実現できる。出力関数は「その状態で出す値」を真理値表にしてカルノー図または論理式で簡単化する。未使用状態 111111 は自己ループにせず、既知の初期状態へ戻すようにしておくと、初期化失敗時にも復帰しやすい。

順序回路の途中式・最終答をPDFで見る

第3問 — 最小全域木

Kruskal 法の計算量

エッジを重みでソートする部分が O(∣E∣log⁡∣E∣)O(|E|\log |E|)、Union-Find による閉路判定はほぼ線形時間である。単純には ∣E∣≤∣V∣2|E|\le |V|^2 なので、指定された形の O(∣E∣log⁡∣V∣)O(|E|\log |V|) として評価できる。

Second MST の考え方

木に非木エッジ ee を1本加えると閉路が一つだけできる。全域木へ戻すには、その閉路から1本を除くしかない。重みをできるだけ増やさないには、閉路上で最大の木エッジを除けばよい。この操作をすべての非木エッジについて調べると、最小全域木の次に軽い全域木が得られる。

最小全域木の途中式・最終答をPDFで見る

第4問 — 最小二乗法

行列の向きに注意

本問では各データ xix_i が列ベクトルで、XX は D×ND\times N 行列である。そのため予測値は XβX\beta ではなく XTβX^{\mathsf T}\beta になる。ここを取り違えると正規方程式も転置が逆になる。

一意性の意味

最小値が存在しても、特徴量方向にデータが全く変化しない成分があると、その成分の係数を変えても予測値が変わらない。このとき解は一意でない。正則性条件 XXTXX^{\mathsf T} または XWXTXWX^{\mathsf T} は、そのような見えない方向がないことを表している。

最小二乗法の途中式・最終答をPDFで見る

第5問 — 離散時間信号処理

安定性は極で見る

離散時間LTIシステムのBIBO安定性は、すべての極が単位円の内側にあることと同値である。差分方程式そのものを解かなくても、分母多項式から極を調べれば安定範囲を決められる。

周波数応答の位相

1−e−jΩ=2je−jΩ/2sin⁡(Ω/2)1-e^{-j\Omega}=2j e^{-j\Omega/2}\sin(\Omega/2) と変形すると、振幅と位相が一度に読める。Ω=0\Omega=0 は分母が0になるため、通常の有限な振幅特性として扱えない点に注意する。

離散時間信号処理の途中式・最終答をPDFで見る

東大 専門科目 院試 過去問の収録5年度

  • 2025年度(このページ・全5問)

    交流回路と理想変圧器 / 順序回路 / 最小全域木

  • 2024年度(全5問)

    RLC直列回路 / 同期式順序回路 / 最大部分列和

  • 2023年度(全5問)

    二端子対回路と能動フィルタ / 符号付き加減算器とオーバーフロー / 最大フローと二部マッチング

  • 2022年度(全5問)

    RL回路のラプラス変換 / 記憶階層と仮想記憶 / パターン照合アルゴリズム

  • 2021年度(全5問)

    交流回路と力率改善 / 同期式順序回路 / Union-Find