次の各問に答えよ．

(1)方程式$x^2+3x+1=0$の$2$つの解を$a,\ b$とするとき，$a+b$，$a^2+b^2$および$a^3+b^3$の値を求めよ．
(2)$0^\circ<\theta<{45}^\circ$とする．$\displaystyle \sin \theta \cos \theta=\frac{3}{8}$のとき，$\sin \theta+\cos \theta$，$\sin \theta-\cos \theta$および$\tan \theta$を求めよ．
(3)$1$個のサイコロを投げて出た目が$1,\ 2$または$3$のときは$\mathrm{A}$の袋に，$4$または$5$のときは$\mathrm{B}$の袋に，$6$のときは$\mathrm{C}$の袋に球を$1$個入れる．この操作を$6$回おこなったとき，$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$，$\mathrm{C}$に入っている球の個数をそれぞれ$a,\ b,\ c$とする．$a=0$である確率を求めよ．また，$a=b=c$である確率を求めよ．

$3$次関数$\displaystyle f(x)=-\frac{1}{2}x^3+\frac{3}{2}x$について次の問いに答えよ．

(1)$y=f(x)$のグラフの概形を描け．
(2)$|x| \leqq 2$における関数$y=f(x)$の最大値$M$，および最小値$m$を求めよ．
(3)定数$k$が$m \leqq k \leqq M$をみたすとき，直線$y=k$と曲線$y=f(x)$の共有点の個数を調べよ．
(4)定数$K$が$m \leqq K \leqq M$をみたすとき，$\sin^3 \theta+\cos^3 \theta=K$をみたす$\theta$の個数を調べよ．ただし，$\displaystyle -\frac{3}{4} \pi \leqq \theta \leqq \frac{1}{4} \pi$とする．

$\alpha$は$\displaystyle 0 \leqq \alpha \leqq \frac{\pi}{2}$を満たす実数とする．$xy$平面において，曲線$\displaystyle C:y=\cos^3 x$ $\displaystyle \left( 0 \leqq x \leqq \frac{\pi}{2} \right)$，直線$\ell:y=\cos^3 \alpha$および$y$軸で囲まれた図形を$D_1$とする．また，曲線$C$，直線$\ell$および直線$\displaystyle x=\frac{\pi}{2}$で囲まれた図形を$D_2$とする．次の問いに答えよ．

(1)$D_1$の面積$S_1$と$D_2$の面積$S_2$が等しくなるとき，$\cos \alpha$の値を求めよ．
(2)$S_1$と$S_2$の和の最小値を求めよ．

次の問に答えよ．

(1)連立方程式$2x+y-3=0$，$ax-y+2a-7=0$が$x>0$，$y>0$となる解をもつとき，$a$がとりえる値の範囲は$[　]<a<[　]$である．
(2)$x$の$2$次方程式$(k^2-1)x^2-x+1=0$が正の$2$つの解$\alpha,\ \beta$をもち，かつ$k \alpha\beta=2 \alpha-\beta$を満たすとき，$\displaystyle k=\frac{[][]}{[][]}$，$\displaystyle \alpha=\frac{[][]}{[　]}$，$\displaystyle \beta=\frac{[][]}{[　]}$である．

$\triangle \mathrm{OAB}$において$\overrightarrow{\mathrm{OA}}=\overrightarrow{a}$，$\overrightarrow{\mathrm{OB}}=\overrightarrow{b}$とする．$2$つの正の数$s,\ t$に対して，$\overrightarrow{\mathrm{OC}}=s \overrightarrow{a}+t \overrightarrow{b}$となるように点$\mathrm{C}$を定める．また，線分$\mathrm{AC}$および線分$\mathrm{BC}$の中点をそれぞれ$\mathrm{M}$，$\mathrm{N}$とし，直線$\mathrm{OM}$および直線$\mathrm{ON}$が線分$\mathrm{AB}$と交わる点をそれぞれ$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$とする．$|\overrightarrow{a}|=2$，$|\overrightarrow{b}|=3$，$\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b}=5$のとき，次の問いに答えよ．

(1)線分$\mathrm{AB}$の長さ，および$\triangle \mathrm{OAB}$の面積$S_1$を求めよ．
(2)$\overrightarrow{\mathrm{OP}}$を$\overrightarrow{a}$，$\overrightarrow{b}$，$s$，$t$を用いて表せ．
(3)$\overrightarrow{\mathrm{OQ}}$を$\overrightarrow{a}$，$\overrightarrow{b}$，$s$，$t$を用いて表せ．
(4)$\triangle \mathrm{OPQ}$の面積を$S_2$とする．$S_2$を$s,\ t$を用いて表せ．
(5)$\displaystyle S_2=\frac{1}{4}S_1$となるための$s,\ t$の条件を求め，$s,\ t$がその条件をみたしながら動くとき，点$\mathrm{C}$の存在する範囲を求めよ．

$xy$平面上に$2$つの円$C_1:x^2+(y-3)^2=4$，$C_2:(x-4)^2+y^2=9$がある．次の問に答えよ．

(1)$C_1$と$C_2$の接点の座標は$\displaystyle \left( \frac{[　]}{[　]},\ \frac{[　]}{[　]} \right)$である．
(2)原点を中心とし，$C_1$と$C_2$の両方に接する円を$C_3$とすると，$C_3$の半径は$[　]$である．
(3)$C_1,\ C_2,\ C_3$が接する$3$つの接点を通り，軸が$y$軸と平行な放物線の頂点の座標は
$\displaystyle \left( \frac{[　]}{[][]},\ -\frac{[　]}{[][]} \right)$である．

次の問に答えよ．

(1)不等式$16 \cdot 8^{-x}-48 \cdot 4^{-x}+32 \cdot 2^{-x}<0$を満たす$x$の値の範囲は$-[　]<x<[　]$である．
(2)$\log_a b+\log_b c+\log_c a=\log_a b \cdot \log_b c+\log_b c \cdot \log_c a+\log_c a \cdot \log_a b=3$が成り立つとき，$\displaystyle \frac{(a+b)(b+c)(c+a)}{abc}=[　]$である．
(3)$\log_4 (x^4+2)-2 \log_4 2x$の最小値は$\displaystyle -\frac{[　]}{[　]}$である．

$x$の整式$f(x)$と$g(x)$が
\[ f(x)=x \int_0^1 g(t) \, dt+\int_{-1}^1 g(t) \, dt+1,\quad g(x)=\int_0^x f(t) \, dt \]
を満たすとき，
\[ f(x)=\frac{[　]}{[　]}x+\frac{[　]}{[　]},\quad g(x)=\frac{[　]}{[　]}x^2+\frac{[　]}{[　]}x \]
である．さらに，方程式$f(x)-g(x)=0$の$2$つの解を$\alpha,\ \beta (\alpha<\beta)$とすると，

$\displaystyle \int_\alpha^\beta \{f(x)-g(x)\} \, dx=\frac{[][] \sqrt{[][]}}{[][]}$，

$\displaystyle \int_\alpha^\beta \{f(x)+g(x)\} \, dx=\frac{[][] \sqrt{[][]}}{[][]}$

である．

次の$[　]$に適する数または式を記入せよ．

(1)行列$A=\left( \begin{array}{cc}
\cos \alpha & \sin \alpha \\
\sin \alpha & -\cos \alpha
\end{array} \right)$と$B=\left( \begin{array}{cc}
\cos \beta & \sin \beta \\
\sin \beta & -\cos \beta
\end{array} \right) (0<\beta<\alpha<2\pi)$の積$AB$の$(1,\ 1)$成分は$\theta=\alpha-\beta$を用いて表すと$[　]$となり，$(1,\ 2)$成分は$\theta$を用いて表すと$[　]$となる．ここで点$\mathrm{P}_1(\sqrt{2},\ \sqrt{2})$が$AB$で表される$1$次変換によって点$\displaystyle \mathrm{P}_2 \left( \frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{2},\ \frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2} \right)$に移るとすると$\theta=[　]$となる．このとき，${(AB)}^{25}$で表される$1$次変換によって点$\mathrm{P}_1$が移る点の$x$座標は$[　]$となり，$((AB)^{-1})^{2013}$で点$\mathrm{P}_1$が移る点の$x$座標は$[　]$となる．
(2)関数$f(x)=(ax^2+bx)e^{-x^2}$は$\displaystyle x=\frac{1}{2}$で極大値$1$をとるとする．このとき，$a=[　]$，$b=[　]$であり，$f(x)>0$を満たす範囲は$0<x<[　]$となる．この区間で関数$g(x)=\log f(x)$を考える．曲線$C:y=g(x)$の点$\displaystyle \left( 1,\ -\frac{3}{4} \right)$における接線の方程式は$y=[　]$となり，曲線$C$と直線$y=k$が共有点をもたない$k$の値の範囲は$[　]$となる．

$n$を$2$以上の自然数とし，$n$人でじゃんけんをして勝敗が決まるまでじゃんけんをくり返すとする．次の問に答えよ．

(1)$n=2$のとき，$1$回目のじゃんけんで勝敗が決まる確率は$\displaystyle \frac{[　]}{[　]}$，$2$回目のじゃんけんで勝敗が決まる確率は$\displaystyle \frac{[　]}{[　]}$である．
(2)$n=3$のとき，$4$回目のじゃんけんで$1$人が勝って勝敗が決まる確率は$\displaystyle \frac{[　]}{[][]}$である．また，$4$回目のじゃんけんで勝敗が決まる確率は$\displaystyle \frac{[　]}{[][]}$である．
(3)$1$回目のじゃんけんで勝敗が決まる確率よりも，決まらない確率の方が大きくなる場合の$n$の最小値は$[　]$である．