座標平面上の$2$直線$\ell:x \sin \theta-y \cos \theta=0$（ただし$0^\circ \leqq \theta<180^\circ$），$\displaystyle m:y=\frac{1}{\sqrt{3}}x$を考える．$\ell$，$m$に関する対称移動をそれぞれ$f,\ g$とする．

(1)対称移動$f$を表す行列を求めよ．
(2)移動の合成$f \circ g$が原点のまわりの回転移動となることを示せ．また，その回転角を$\theta$を用いて表せ．
(3)移動の合成$f \circ g$を表す行列と$g \circ f$を表す行列が一致するときの$\theta$を求めよ．ただし，$f$と$g$は異なる移動とする．

$2$つの曲線$y=e \log x$，$y=ax^2$が共有点を持ち，その共有点における接線が一致するとき以下の問いに答えよ．ただし$e$は自然対数の底とする．

(1)定数$a$の値を求めよ．
(2)この$2$つの曲線と$x$軸で囲まれた図形の面積$S$を求めよ．
(3)$(2)$の図形を$y$軸の周りに$1$回転してできる回転体の体積$V$を求めよ．

放物線$C:y=x^2$について，次の問いに答えよ．

(1)点$(1,\ 1)$を通り傾きが$a$である直線の方程式を求めよ．
(2)$(1)$で求めた直線と放物線$C$の共有点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$の座標を求めよ．
(3)線分$\mathrm{PQ}$の中点の軌跡の方程式を求めよ．ただし，$\mathrm{P}$と$\mathrm{Q}$が一致するとき，線分$\mathrm{PQ}$の中点とは$\mathrm{P}$を意味するものとする．
(4)$(3)$で求めた軌跡，放物線$C$および$y$軸で囲まれた図形の面積を求めよ．

AとBの二人が，$1,\ 2,\ 3,\ 4$の番号が1つずつ書かれた4枚のカードをそれぞれ持っているとする．お互いが自分のカードのうちから1枚を選んで同時に出す．次に，手元に残された3枚からまた1枚を選んで同時に出す．これをお互いの手持ちのカードがなくなるまでくり返す．この4回の試行について，次の問いに答えよ．

(1)4回の試行のすべてで，AとBが出したカードの番号が一致する確率を求めよ．
(2)4回の試行のうちちょうど2回で，AとBが出したカードの番号が一致する確率を求めよ．
(3)4回の試行のうちちょうど1回で，AとBが出したカードの番号が一致する確率を求めよ．
(4)4回の試行で，AとBが出したカードの番号が1回も一致しない確率を求めよ．

図は各頂点および各辺が点灯する装置を表している．この装置ではスイッチを入れると，$4$つの頂点はそれぞれ独立に$\displaystyle \frac{1}{3}$の確率で，赤，黄，緑のいずれかの色で点灯する．また，各辺は，その両端の$2$つの頂点の色が一致していれば，これら$2$つの頂点と同じ色で点灯し，そうでない場合は青く点灯する．以下の問に答えなさい．
（図は省略）

(1)スイッチを入れたとき，辺$\mathrm{AB}$と辺$\mathrm{CD}$がともに青になる確率を求めなさい．
(2)スイッチを入れたとき，辺$\mathrm{AB}$と辺$\mathrm{CD}$が異なる色になる確率を求めなさい．
(3)スイッチを入れたとき，$4$つの辺の色がすべて青になる確率を求めなさい．