曲線$y=\sqrt{x^2-1} (x \geqq 1)$上の点$\mathrm{P}(a,\ b) (a>1)$での接線と$y$軸との交点を$\mathrm{Q}$とする．次の問に答えよ．

(1)点$\mathrm{Q}$の座標を$b$で表せ．
(2)$\mathrm{PQ}^2$の最小値を求めよ．

数列$\{c_n\}$を次のように定義する．
\[ c_1=1, c_{n+1}=1+\frac{1}{2^{n+1}}+\frac{1}{3} \left( c_n+\frac{1}{4^{n+1}} \right) \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \]
次の問に答えよ．

(1)$n \geqq 2$のとき，$\displaystyle a_n=1+\frac{1}{2^n}+\frac{1}{3}\cdot \frac{1}{4^n}$とする．このとき，$\displaystyle c_n=\frac{1}{3^{n-1}}+\sum_{i=2}^n \frac{a_i}{3^{n-i}} \ (n=2,\ 3,\ 4,\ \cdots)$が成り立つことを示せ．
(2)$\displaystyle \lim_{n \to \infty}c_n$を求めよ．

$\displaystyle I_n=\int_0^{\frac{\pi}{4}} \tan^n \theta \, d\theta (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$とするとき，次の問に答えよ．

(1)$I_1$および$I_n+I_{n+2} (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$を求めよ．
(2)不等式$I_n \geqq I_{n+1} (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$を示せ．
(3)$\displaystyle \lim_{n \to \infty}nI_n$を求めよ．

次の各問いに答えよ．ただし，$e$は自然対数の底とする．

(1)$n$を自然数とする．$x$の関数$f(x)=x^ne^{1-x}$について，$0<x<1$ならば$0<f(x)<1$であることを示せ．
(2)自然数$n$に対して$\displaystyle I_n=\int_0^1 x^ne^{1-x} \, dx$とおくとき，$I_1$を求めよ．さらに，$I_{n+1}$と$I_n$の間に成り立つ関係式を求めよ．
(3)(2)の$I_n$に対して$\displaystyle a_n=\frac{I_n}{n!}$とおくとき，$\displaystyle \sum_{k=2}^n \frac{1}{k!}=a_1-a_n$であることを示せ．
(4)$\displaystyle S_n=\sum_{k=1}^n \frac{1}{k!}$とおくとき，$\displaystyle \lim_{n \to \infty}S_n=e-1$であることを示せ．

$x$の関数$f(x)=8^x+8^{-x}-9(4^x+4^{-x})+27(2^x+2^{-x})-26$について，次の各問いに答えよ．

(1)$t=2^x+2^{-x}$とおく．$f(x)$を$t$の関数として表したものを$g(t)$とするとき，$g(t)$を求めよ．
(2)$t=2^x+2^{-x}$のとる値の範囲を求めよ．
(3)$t$が(2)で求めた範囲を動くとき，関数$y=g(t)$の増減を調べよ．
(4)$x \geqq 0$のとき，関数$f(x)$の最小値とその最小値を与える$x$の値を求めよ．

$e$を自然対数の底とし，$\log x$を自然対数とする．次の各問いに答えよ．

(1)$p,\ q$を$p>0,\ q>1$を満たす定数とする．曲線$y=p \log x$と直線$x=q$と$x$軸とで囲まれた部分の面積を$p,\ q$を使って表せ．
(2)2つの曲線$y=\log x,\ y=3 \log x$と2つの直線$x=e,\ x=e^2$で囲まれた部分を$D$とする．$D$の面積を求めよ．
(3)(2)で与えられた$D$を$x$軸のまわりに回転させてできる立体の体積を求めよ．

行列$A=\biggl( \begin{array}{cc}
1 & -2 \\
1 & 4
\end{array} \biggr)$と自然数$n$について，次の各問いに答えよ．

(1)次の等式を満たす$\alpha,\ \beta,\ p,\ q$を求めよ．ただし，$\alpha<\beta$とする．
\[ A \biggl( \begin{array}{c}
p \\
1
\end{array} \biggr)=\alpha \biggl( \begin{array}{c}
p \\
1
\end{array} \biggr),\quad A \biggl( \begin{array}{c}
q \\
1
\end{array} \biggr) =\beta \biggl( \begin{array}{c}
q \\
1
\end{array} \biggr) \]
(2)(1)で求めた$p$に対して$A^n \biggl( \begin{array}{c}
p \\
1
\end{array} \biggr)$を求めよ．
(3)$A^n$を求めよ．

$a$は定数で，$0<a<e,\ a \neq 1$とする．$2$曲線$y=a^x,\ y=e^x$と直線$y=a$で囲まれた図形の面積を求めよ．ただし，$e$は自然対数の底である．

$\mathrm{A}$を一辺が$1$の立方体の積み木とし，$\mathrm{B}$を縦が$1$，横が$1$，高さが$2$の直方体の積み木とする．$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$は十分たくさんあるとして，これらを積み上げて高さ$n$の塔（縦が$1$，横が$1$，高さが$n$の直方体，ただし$n$は自然数とする）を作るとき，積み上げ方の場合の数を$a_n$とする．以下の問いに答えよ．

(1)$a_1,\ a_2,\ a_3$の値を求めよ．
(2)高さ$n$の塔を作るとき，$\mathrm{B}$をちょうど$k$個$\displaystyle \left( \text{ただし} 0 \leqq k \leqq \frac{n}{2} \right)$使うときの積み上げ方の場合の数を求めよ．
(3)$a_{11}$の値を求めよ．
(4)使える積み木は$\mathrm{A}$が$9$個まで，$\mathrm{B}$が$4$個までとしたとき，高さ$11$の塔を作るときの積み上げ方の場合の数を求めよ．

曲線$\displaystyle y=\frac{1}{2}(x^2-1)$を$C$とする．$a$は定数で$a>0$とし，点A$\displaystyle \left( a,\ \frac{1}{2}(a^2-1) \right)$における$C$の接線を$\ell$とする．また$\ell$と直線$x=a$とのなす角を$\displaystyle \theta \ \left( 0<\theta<\frac{\pi}{2} \right)$とする．このとき以下の問いに答えよ．

(1)接線$\ell$の方程式を求めよ．
(2)$\tan \theta$を$a$を用いて表せ．
(3)点Aを通る直線で，$\ell$となす角が$\theta$であるが，直線$x=a$とは異なるものの方程式を求めよ．