$a$を正の数とする．このとき，次の関係式をみたす関数$f(x)$を求めよ．
\[ f(x)=\int_0^{\frac{\pi}{a}} f(t) \cos (at-2ax) \, dt+1 \]

関数$f(x)$は，$f^{\prime\prime}(x)<0$をみたすとする．$t \geqq 0$のとき，次の$(1)$，$(2)$の不等式が成り立つことを示せ．

(1)$f(0)+f^\prime(t)t \leqq f(t) \leqq f(0)+f^\prime(0)t$

(2)$\displaystyle \frac{f(0)t+f(t)t}{2} \leqq \int_0^t f(u) \, du \leqq f(0)t+\frac{f^\prime(0)}{2}t^2$

すべての実数$x,\ y$に対して不等式
\[ \frac{1}{1+x^2+(y-x)^2} \leqq \frac{a}{1+x^2+y^2} \]
が成り立つとき，$a$の値の範囲を求めよ．

平面上のベクトル
\[ \overrightarrow{a_n}=\left( \cos \frac{n\pi}{4},\ \sin \frac{n\pi}{4} \right), \overrightarrow{b_n}=\left( 2 \cos \frac{n\pi}{6},\ 2 \sin \frac{n\pi}{6} \right) \quad (n=0,\ 1,\ 2,\ \cdots,\ 12) \]
に対して，$\displaystyle \sum_{n=0}^{12} |\overrightarrow{a_n}+\overrightarrow{b_n}|^2$を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)$0<\theta<\pi$のとき，不等式$\cos 3\theta+4 \cos^2 \theta<0$を満たす$\theta$の値の範囲を求めよ．
(2)三角形$\mathrm{ABC}$において，辺$\mathrm{AB}$を$2:1$に内分する点を$\mathrm{D}$，辺$\mathrm{AC}$の中点を$\mathrm{E}$とする．$2$直線$\mathrm{BE}$と$\mathrm{CD}$の交点を$\mathrm{P}$とするとき，ベクトル$\overrightarrow{\mathrm{AP}}$を$\overrightarrow{\mathrm{AB}}$と$\overrightarrow{\mathrm{AC}}$を用いて表せ．
(3)無限級数$\displaystyle \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{2+4+6+\cdots +2n}$の和を求めよ．

{\bf 補足説明}
設問中の式の意味は
\[ \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{2+4+6+\cdots +2n}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2+4}+\frac{1}{2+4+6}+\frac{1}{2+4+6+8}+\cdots \]
である．

放物線$y=x^2$上の動点$\mathrm{P}(p,\ p^2)$，$\mathrm{Q}(q,\ q^2)$が次の条件をみたしている．
\[ 0<p<q,\quad \angle \mathrm{POQ}=\frac{\pi}{4} \]
ただし$\mathrm{O}$は原点である．点$\mathrm{P}$と点$\mathrm{Q}$における接線の交点を$\mathrm{R}$とする．

(1)$p$のとり得る値の範囲を求めよ．
(2)$q$を$p$の式で表せ．
(3)点$\mathrm{R}$の$x$座標，$y$座標それぞれのとり得る値の範囲を求めよ．
(4)点$\mathrm{R}$が描く曲線の方程式を求めよ．
(5)点$\mathrm{R}$が描く曲線の漸近線を求めよ．

実数$a,\ b,\ c,\ d$について
\[ (a-d)^2+4bc=0 \]
が成立している．このとき行列
\[ E=\left( \begin{array}{cc}
1 & 0 \\
0 & 1
\end{array} \right),\quad A=\left( \begin{array}{cc}
a & b \\
c & d
\end{array} \right),\quad B=A-\frac{a+d}{2}E \]
について，以下の問いに答えよ．ただし$\displaystyle A \neq \frac{a+d}{2}E$とする．

(1)行列$B^2$を求めよ．
(2)自然数$n$に対して
\[ A^n=pA+qE \]
となる実数$p,\ q$を$n$と$a,\ b,\ c,\ d$で表せ．
(3)行列$A$が次をみたすとき，$A$を求めよ．
\[ A^5=\left( \begin{array}{cc}
11 & -20 \\
5 & -9
\end{array} \right) \]

一辺の長さが$a$である正四面体の体積が$\displaystyle \frac{2 \sqrt{2}}{3}$のとき，次の問いに答えよ．

(1)底面の面積を$a$で表せ．
(2)正四面体の高さを$a$で表せ．
(3)$a$の値を求めよ．

次のように定義される数列$\{a_n\}$について，次の問いに答えよ．
\[ a_1=1,\quad a_2=3,\quad a_{n+2}-4a_{n+1}+3a_n=0 \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \]

(1)数列$\{b_n\}$を$b_n=a_{n+1}-3a_n$で定義するとき，一般項$b_n$を求めよ．
(2)一般項$a_n$を求めよ．
(3)$\displaystyle x \neq \frac{1}{3}$のとき，$\displaystyle S_n=\sum_{k=1}^n ka_kx^{k-1}$を求めよ．

関数$\displaystyle f(x)=\frac{\log x}{\sqrt{x}} (x>0)$について，次の問いに答えよ．ただし，$\log x$は$x$の自然対数，$e$は自然対数の底とする．

(1)極限$\displaystyle \lim_{x \to +0}f(x)$を求めよ．
(2)$y=f(x)$の極値を求めよ．
(3)曲線$y=|f(x)|$と$x$軸および$2$直線$\displaystyle x=\frac{1}{e}$，$x=e$で囲まれた図形を$x$軸のまわりに$1$回転してできる立体の体積を求めよ．