【専門科目】by the causer of the problem and the one incurred by the society. explain how an...

名古屋大学大学院環境学研究科都市環境学専攻

持続発展学コース博士前期課程入学試験問題

2020（令和2）年度4月入学第II期募集

【専門科目】＜一般選抜，留学生特別選抜＞

この問題冊子は，専門科目（環境工学・環境政策，環境化学，システム学，構造工

学，計画学の計5科目）に関するもので，問題部分は15ページ10問（環境工学・環

境政策4ページ3問，環境化学2ページ2問，システム学1ページ1問，構造工学4ペー

ジ2問，計画学4ページ2問）である。解答開始の合図があるまで問題冊子を開いて

はいけない。解答開始の合図とともに問題の確認をすること。

上記の5つの科目から出題された合計10問から，3問を選択して解答しなさい。な

お，1科目のみから選択してもよい。

問題は日本語と英語が併記されている。内容はいずれも同じである。解答は日本語

または英語を用いること。

解答用紙は3枚綴りのもの3冊である。問題1問につき1冊を使用しなさい。

すべての解答用紙に，選択する科目名，問題番号および受験番号を記入しなさい。

科目名，問題番号欄はそれぞれ2カ所あるので注意すること。

解答はすべて解答用紙に記入すること。解答用紙の裏面を使用してはいけない。

問題冊子は下書きに使用してもよい。解答用紙は下書きや計算に使用しないこと。

試験に際しては，黒鉛筆（シャープペンシル可）・消しゴム・鉛筆削り・時計以外

を使用してはいけない。携帯電話は電源を切ってカバンにしまっておくこと。

試験時間は9:30から11:30までである。

試験終了時刻まで退室してはならない。

試験中に気分が悪くなる，用便の必要が生じる，などの場合には監督者に申し出る

こと。

試験問題の内容に関して質問があるときは，静かに挙手をして申し出ること。

問題冊子および解答用紙は試験終了後に回収するので，持ち帰ってはならない。

1

環境工学・環境政策 Environmental Engineering & Policy

問題 1 / Question 1

以下の問いに答えよ。

Answer the following questions.

(1) 以下の物質循環および廃棄物管理に関する用語について，それぞれ200字以内で説

明せよ。

Explain the following terms related to material cycles and waste management within 100

words, respectively.

1) ニンビー，NIMBY

2) 2R, 3R, 4R

3) 環境配慮型設計，Design for Environment (DfE)

4) 拡大製造者責任制度，Extended producer responsibility (EPR)

(2) 日本の一般廃棄物処理は焼却処理が多い。その理由および焼却処理の利点と欠点

を合計300字程度で説明せよ。

Municipal waste management in Japan depends on incineration. Explain its reason and the

merit and demerit of municipal waste incineration in about 150 words in total.

2




(1) 以下の用語について，それぞれ 200 字以内で説明せよ。

Explain the following terms within 100 words, respectively.

1) 遺伝的多様性，Genetic diversity

2) ESG投資，ESG investing

3) 共有地の悲劇，Tragedy of the commons

(2) 経済学における環境問題は，問題の原因者が支払う費用と，社会全体が被る費用

の乖離によって生ずると考えられる。この考えに基づいた，環境問題の解決方法

を 300 字程度で説明せよ。

In economics, environmental problems can be caused by discrepancy between the cost paid

by the causer of the problem and the one incurred by the society. Explain how an

environmental problem can be resolved according to the above-mentioned economic view

in about 150 words.

3




(1) 太陽の動きと時刻に関する以下の問いに答えよ。

Answer the following questions about the movement of sun and time.

1) 北緯 ϕ 度地点の春分・夏至・秋分・冬至それぞれの南中時の太陽高度を示せ。

Show each of solar altitudes at the time of culmination of spring equinox, summer

solstice, autumn equinox, and winter solstice at ϕ degrees north latitude.

2) 真太陽時とは何かを40字程度で説明せよ。

Explain true solar time in about 20 words.

3) 真太陽時は季節によって異なる。その理由を150〜200字程度で述べよ。

True solar time varies with seasons. Describe the reasons in about 75-100 words.

4) 平均太陽時と中央標準時は何かを100〜150字程度で説明せよ。

Explain mean solar time and central standard time in about 50-75 words.

(2) 室内換気に関する以下の問いに答えよ。

Answer the following questions about room ventilation.

1) 換気の目的の1つは室内の二酸化炭素濃度の希釈である。人間が放出する二酸

化炭素で汚染される室内の定常状態の換気を考える。1人あたり・1時間あた

りの二酸化炭素排出量は0.02 m3/(h･人)である。室容積は720 m3，室員は30人

である。外気の二酸化炭素濃度を400 ppm，室内の二酸化炭素許容濃度を1,000

ppmとする場合，対象室内で1時間あたりに必要な換気量を求めよ。

(次ページに続く / Continued on the next page)

4

A purpose of ventilation is to dilute the CO2 concentration in a room. Consider the

ventilation under a steady state through a room contaminated with CO2 emitted by

people in the room. The amount of CO2 emission per hour and per person is 0.02 m3/(h･

person). The volume of the room is 720 m3 and the number of people in the room is

30. When the outdoor CO2 concentration and the allowable indoor CO2 concentration

are 400 ppm and 1,000 ppm, respectively, calculate the required amount of ventilation

per hour through the room.

2) 1)の条件のうち，外気の二酸化炭素濃度が400 ppmから500 ppmに変化する場

合を考える。その場合，対象室内で1時間あたりに必要な換気量は1)で求めた

換気量と比べてどのように変化するかを定量的に述べよ。

Consider a case in which the outdoor CO2 concentration changes from 400 ppm to 500

ppm under the conditions of question 1). In that case, quantitatively describe how the

required amount of ventilation per hour through the room changes compared to that

calculated in question 1).

5

環境化学 Environmental Chemistry




(1) 廃プラスチックの利用方法のうち，以下の2つについて，それぞれ100字程度で説明

せよ。

Explain each of two uses of waste plastics in about 50 words.

1) 合成ガスへの転換，Conversion to synthesis gas

2) 製鉄用高炉での利用，Utilization in blast furnaces for steelmaking

(2) アルミニウムの製造に関して，ボーキサイトよりも廃アルミを利用することの利

点を200字程度で述べよ。

Describe a merit of using waste aluminum for aluminum manufacturing compared to that of

using bauxite in about 100 words.

(3) パソコン，デジタルカメラ，スマートフォンなどのハイテク電化製品に使用される

レアメタルのうち，3種類を挙げ，その用途をそれぞれ述べよ。ただし，金と銀は

除く。

Rare metals (minor metals) are used in high-tech appliances such as personal computers,

digital cameras, and smartphones. Give three examples of rare metals (minor metals), except

gold and silver, used in high-tech appliances and describe their uses.

6




(1) 光子エネルギー 360 kJ mol-1 に相当する電磁波の波長を求めよ。アボガドロ定数

NA = 6.0 × 1023 mol-1，光速 c = 3.0 × 108 m s-1, プランク定数 h = 6.6 × 10-34 J s とし

て計算せよ。

Calculate the wavelength of electromagnetic radiation corresponding to the photon energy

of 360 kJ mol-1. Use the following values: Avogadro constant, NA = 6.0 × 1023 mol-1; Speed

of light, c = 3.0 × 108 m s-1; Planck constant, h = 6.6 × 10-34 J s.

(2) ポリヒドロキシアルカノエート (PHA) に関する次の問いに答えよ。

Answer the following questions regarding polyhydroxyalkanoates (PHA).

1) PHA の生産方法や特徴を200字程度で説明せよ。

Explain the production method and characteristics of PHA in about 100 words.

2) ポリヒドロキシ酪酸 (PHA の一例) の化学構造を図示せよ。

Draw the chemical structure of polyhydroxybutyrate as an example of PHA.

(3) 次の用語をそれぞれ100字程度で説明せよ。

Explain the following terms in about 50 words, respectively.

1) 揮発性有機化合物 (VOC)，Volatile organic compounds (VOC)

2) 触媒反応の評価指数 TOF，TOF as an evaluation index for catalytic reactions

7

システム学 System Science


デジタル・ツインと呼ばれるシステムについて，以下の問いに答えよ。

Answer the following question about the system called "Digital Twin".

デジタル・ツインの，目的，基本概念，期待される用途を説明せよ。なお，基本概念に

は「現実空間」と「仮想空間」の言葉を含めること。

Explain the objective, the basic concept, and the expected applications of "Digital Twin". Note

that "Physical Space" and "Cyber Space" should be included in your answer about the basic

concept.

8

構造工学 Structural Engineering

問題 1 / Question 1 以下の問いに答えよ。


(1) 一般構造用圧延鋼材 (SS400) と高力ボルト用鋼材(F10T)の応力とひずみの関係の

概略図を描き，両鋼材の特徴をそれぞれ説明せよ。なお，描かれた応力とひずみの

関係にはヤング率，降伏点，引張り強さをそれぞれ明示し，構造設計で用いられる

それらの値も答えよ。

Draw schematic diagrams on stress and strain relationships for a rolled structural steel

(SS400) and a high-strength bolt steel (F10T), respectively, and explain the characteristics

of both steels. In the schematic diagrams, indicate the Young's modulus, the yield point, and

the tensile strength, respectively, and answer those values used for structural design.

(2) リベットのせん断接合部と高力ボルトのせん断接合部について，両者の施工方法，

および力の伝達機構の違いを下記の用語を全て用いて説明せよ。また，現在ではリ

ベット接合部は用いられていない。その理由を答えよ。

For shear connections using either rivets or high-strength bolts, explain the difference of the

construction techniques and the load transmission mechanisms. Note that all of the following

words must be used in the answer. Furthermore, the rivet connection is not used currently.

Explain the reason.

加熱，導入軸力，摩擦面処理，支圧接合，摩擦接合，すべり耐力

heating, initial axial force, frictional surface treatment, bearing-type connection, friction-

type connection, slip yield strength


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(3) 図1に示す架構 (A) – (C) において柱がオイラー座屈するときの座屈波形を描き，

座屈荷重 crP をそれぞれ求めよ。なお，柱の長さは L ，断面積は A，断面2次モー

メントは I ，ヤング率はE ，降伏点は yσ ，円周率はπとし，架構内の梁と斜材は

剛とする。

For frames (A) – (C) shown in Fig. 1, draw the buckling waveforms of the columns at the

Euler buckling, and determine each buckling load crP . L , A , and I are the height,

sectional area, and geometrical moment of inertia for the column, respectively. E is the

Young's modulus, yσ is the yield point, and π is the circular constant. Assume that both

beams and diagonal members are rigid.

(A) (B) (C)

図1 Fig. 1

P P

L

P P

L

P P

L

10

問題 2 / Question 2 以下の問いに答えよ。


(1) 構造設計に関する以下の問いに答えよ。

Answer each of the following questions regarding structural design.

1) 耐風設計において設計風速を決定する際に考慮すべき要因のうち，気象条件

以外で建設地点に由来するものを1つ挙げ，40～80字程度で説明せよ。

Explain in about 20-40 words a site dependent factor other than meteorological

conditions that should be considered to determine the design wind speed for use in

wind resistance design.

2) 地震の多い国や地方では，多くの構造物にとって地震荷重が最も支配的であ

るが，風荷重が支配的となる構造物もある。このような構造物の例を2つ挙げ，

その理由をそれぞれ40～80字程度で説明せよ。

For many structures in earthquake prone countries and regions, seismic load is the most

dominant load. However, for some type of structures, wind load could be dominant.

Give two examples of such structures and explain why the wind load could be

dominant in about 20-40 words.

(2) 図1に示す曲げ剛性EIの梁のA点における鉛直反力を求めよ。

Determine the vertical reaction force at Point A of the beam with bending stiffness EI as

shown in Fig. 1.

図1 Fig. 1


2 m2 m

30 kN

A CB

EI

11

(3) 図2に示す減衰のない2質点系の自由振動を考える。質点 ①，② の質量はともに

m，時刻 t における水平変位をそれぞれ x1(t) および x2(t)（図3），2つのばねの剛

性はともに k とする。以下の問いに答えよ。

Consider the free vibration of the two degree-of-freedom system without damping as shown

in Fig. 2. Assume that each mass of Particle ① and Particle ② is m. Denote that the

horizontal displacements of Particle ① and Particle ② are x1(t) and x2(t), respectively, as

shown in Fig. 3. Assume also that the stiffness of each of the springs is k. Answer the

following questions.

1) 質点 ① に加わる力，および質点 ② に加わる力の釣り合い方程式を示せ。

Show the equation of equilibrium of Particle ①, and also that of Particle ②.

2) 1)で求めた釣り合い方程式を行列の形で表現せよ。

Express the equations of equilibrium presented in question 1) in the form of matrix.

3) この系の2つの固有円振動数を求めよ。

Determine the two fundamental circular frequencies of the system.

図2 Fig. 2 図3 Fig. 3

①m

k

x1(t)

②m

x2(t)

k

12

計画学 Infrastructure Planning



Answer the following question.

次の6つの語句の中から，4つを選んでそれぞれ200字程度で説明せよ。5つ以上解答した

場合には，本問の答案全体を無効とするので注意すること。

Choose four terms from the six terms below and explain them in about 100 words, respectively.

Note that all the answers of this question will be invalid, in case that more than four terms are

answered.

1) 四段階推定法，Four-step travel demand forecasting process

2) 一般化費用，Generalized cost

3) 飽和交通流率，Saturation flow rate

4) 臨界交通密度，Critical traffic density

5) 誤差の(三)公理，(Three) axioms of error

6) 容積率，Floor area ratio

13




(1) 図1は，ある都市高速道路の区間を示したものである。この区間において，流入制

御の最適化を行いたい。図中の各断面1, 2, 3の交通容量を，それぞれ3,000 [台/時]，

4,800 [台/時]，2,700 [台/時]とする。入口Aから流入した車両が出口C，D，Eで流出

する割合を，それぞれ0.2, 0.6, 0.2，入口Bから流入した車両が出口D，Eで流出する

割合をそれぞれ0.4, 0.6とする。各断面の通過交通量が，それぞれの交通容量を上回

らないという制約条件のもとで，入口AとBからの流入交通量の合計を最大にした

い。以下の問いに答えよ。

Fig. 1 shows a section of an urban expressway. We would like to optimize inflow control in

this section. Capacities of cross sections 1, 2, and 3 in the figure are 3,000 vehicle/h, 4,800

vehicle/h, and 2,700 vehicle/h, respectively. The ratios of vehicles exiting to Exits C, D, and

E in those entering from Entrance A are 0.2, 0.6, and 0.2, respectively. The ratios of vehicles

exiting to Exits D and E in those entering from Entrance B are 0.4 and 0.6, respectively. We

would like to maximize the total traffic volume entering from Entrances A and B under the

constraint that the traffic volumes passing at any of the cross sections do not exceed the

capacity of the cross section. Answer the questions below.

図1 Fig. 1


入口AEntrance A

入口BEntrance B

出口CExit C

出口DExit D

出口EExit E

断面1Cross section 1



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1) 入口A，Bで流入する交通量をそれぞれ x, y とする。この最大化問題を，線形

計画法として定式化せよ。

Denote x and y as the traffic volumes entering at Entrances A and B, respectively.

Formulate the maximization problem as Linear Programming.

2) 1)の線形計画問題の解を，図解法(グラフで解を求める方法)を用いて求めよ。

その際，実行可能基底解を全て列挙すること。

Find the optimal solution of the linear programming problem formulated in 1) using a

diagram. For finding the solution, enumerate all the basic feasible solutions.

3) 1)の線形計画問題を主問題としたとき，その双対問題を定式化せよ。

Formulate the dual problem of the program formulated in 1).

(2) 表1は，ある線形計画問題をシンプレックス表を用いて表現したものである。以下

の問いに答えよ。

Table 1 is a simplex tableau representing a linear programming problem. Answer the

questions below.

表1 Table 1 基底変数

Basic Variables

x1 x2 x3 λ1 λ2 λ3 右辺／定数項

Right hand side/ Constant term

λ1 4 2 1 1 0 0 5

λ2 1 2 2 0 1 0 8

λ3 1 2 4 0 0 1 2

Z -6 -8 -6 0 0 0 0


15

1) 目的関数を Z とする。このシンプレックス表に対応する線形計画問題を，不

等式を用いて例示せよ。

Denote Z as the objective function of the linear programming problem. Show an

example of the corresponding linear programming problem formation to this simplex

tableau using inequality.

2) このシンプレックス表を用いて，最適解における目的関数と各変数の値を求

めよ。

Find the values of objective function and each of the variables at the optimal solution

by using the simplex tableau.

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