次の問いに答えよ．

(1)$\displaystyle \frac{2+\sqrt{2}}{\sqrt{2}+1}$の分母を有理化して簡単にせよ．
(2)$x^3+x^2y-x^2z-xy^2-y^3+y^2z$を因数分解せよ．
(3)$1$冊$180$円のノートと$1$本$80$円の鉛筆をいくつか買い，代金の合計を$900$円以下にしたい．買い方は何通りあるか求めよ．ただし，ノートは$2$冊以上，鉛筆は$1$本以上買うものとする．
(4)半径$2$の円に内接する正六角形$P$と外接する正六角形$Q$がある．$P$と$Q$の面積比を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)$\displaystyle \frac{2+\sqrt{2}}{\sqrt{2}+1}$の分母を有理化して簡単にせよ．
(2)$x^3+x^2y-x^2z-xy^2-y^3+y^2z$を因数分解せよ．
(3)$1$冊$180$円のノートと$1$本$80$円の鉛筆をいくつか買い，代金の合計を$900$円以下にしたい．買い方は何通りあるか求めよ．ただし，ノートは$2$冊以上，鉛筆は$1$本以上買うものとする．
(4)$k$を実数とする$2$次方程式$x^2+x+k=0$の解が$\sin \theta$，$\cos \theta$で表されるとき，$k,\ \theta$の値を求めよ．ただし，$0 \leqq \theta<2\pi$とする．
(5)$3 \overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}=(1,\ 0)$，$\overrightarrow{a}-2 \overrightarrow{b}=(0,\ 1)$であるとき，$(3,\ -1)$を$\overrightarrow{a}$および$\overrightarrow{b}$を用いて表せ．

次の問いに答えよ．

(1)$x^2+ax+2x+3a-3$を因数分解せよ．
(2)男$4$人，女$2$人が一列に並ぶとき，女$2$人が隣接する並び方は$[　]$通り．
(3)$x^2-11x+1>0$を解け．
(4)$\displaystyle \tan \theta=\frac{1}{2}$のとき，$\sin \theta=[　]$である．
(5)循環小数$1. \dot{2} \dot{1}$を分数で表せ．

赤玉と白玉が合計$16$個入っている袋がある．この袋から同時に$2$個の玉を取り出す試行を行う．

(1)$2$個とも赤である確率が$\displaystyle \frac{11}{20}$のとき，赤玉の個数を求めよ．
(2)赤玉が$(1)$で求めた個数のとき，$2$個とも白玉が取り出される確率を求めよ．

$e$を自然対数の底，$b$を実数として，数列$\{a_n\} (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$が条件$①$および$②$を満たしているとき，次の問いに答えなさい．

$\displaystyle a_1=\frac{e-e^2+b}{1-e} \qquad \cdots\cdots①$
$a_{n+1}=ea_n+b \qquad\quad\!\;\!\!\, \cdots\cdots②$

(1)$b=11$のとき，$a_n$を$n$の式で表すと，$a_n=[$1$]$となる．また，
\[ \sum_{k=1}^n \log_e \left( a_k+\frac{11}{e-1} \right)=[$2$] \]
となる．
(2)$b=e^{11}$のとき，$\displaystyle \sum_{k=1}^n a_k$の値は$n=[$3$]$のとき最小となる．

$\mathrm{O}$を中心とする半径$1$の円周上に相異なる$3$点$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$，$\mathrm{C}$がある．$\overrightarrow{\mathrm{OA}}=\overrightarrow{a}$，$\overrightarrow{\mathrm{OB}}=\overrightarrow{b}$，$\overrightarrow{\mathrm{OC}}=\overrightarrow{c}$とおき，$\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c} \neq \overrightarrow{\mathrm{0}}$とする．線分$\mathrm{AB}$，$\mathrm{BC}$，$\mathrm{CA}$の中点を，それぞれ$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$，$\mathrm{R}$とし，$\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\overrightarrow{p}$，$\overrightarrow{\mathrm{OQ}}=\overrightarrow{q}$，$\overrightarrow{\mathrm{OR}}=\overrightarrow{r}$とおく．

このとき，以下の$[$1$]$～$[$6$]$について適切な値を，$[イ]$には適切な式を解答欄に答えなさい．また，$[ア]$，$[ウ]$には下部の選択肢からもっともふさわしいものを選択して，解答欄に記入しなさい．
ベクトル$\displaystyle \overrightarrow{d}=\frac{1}{2}(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c})$とすると，
\[ |\overrightarrow{d}-\overrightarrow{p}|=|\overrightarrow{d}-\overrightarrow{q}|=|\overrightarrow{d}-\overrightarrow{r}|=[$1$] \]
となり，$\overrightarrow{\mathrm{OD}}=\overrightarrow{d}$によって定まる点$\mathrm{D}$は$\triangle \mathrm{PQR}$の$[ア]$となることがわかる．
いま，線分$\mathrm{AB}$の長さを$1$，線分$\mathrm{AC}$の長さを$\sqrt{3}$とし，$\overrightarrow{a}$，$\overrightarrow{b}$，$\overrightarrow{c}$は，どの$2$つも平行ではないとする．このとき，線分$\mathrm{BC}$の長さは$[$2$]$であり，$\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{c}=[$3$]$である．また，$\overrightarrow{b}$を$\overrightarrow{a}$と$\overrightarrow{c}$で表すと，$\overrightarrow{b}=[イ]$となる．
また，$\triangle \mathrm{PQR}$について，$\angle \mathrm{QPR}$の二等分線と辺$\mathrm{QR}$の交点を$\mathrm{S}$とおき，$\overrightarrow{\mathrm{PS}}$を$\overrightarrow{a}$と$\overrightarrow{c}$で表すと，
\[ \overrightarrow{\mathrm{PS}}=[$4$] \overrightarrow{a}+[$5$] \overrightarrow{c} \]
とかける．同様にして，$\angle \mathrm{PQR}$の二等分線と辺$\mathrm{PR}$の交点を$\mathrm{T}$とおく．線分$\mathrm{PS}$と線分$\mathrm{QT}$の交点を$\mathrm{U}$とおくと，$\mathrm{U}$は$\triangle \mathrm{PQR}$の$[ウ]$となり，
\[ \overrightarrow{\mathrm{OU}}=[$6$] \overrightarrow{b} \]
となることがわかる．
\begin{screen}
選択肢： \quad 重心， \quad 内心， \quad 外心
\end{screen}

$xyz \neq 0$となる実数$x,\ y,\ z$に対して$2^x=3^y=\sqrt[3]{6^z}$であるとき，$x$を$z$で表すと$x=[　]$となり，$y$を$z$で表すと$y=[　]$となる．さらに，$\displaystyle \frac{1}{x}+\frac{1}{y}=z^2$を満たすとき$z=[　]$である．

以下の$[　]$に入る適切な数値を解答欄に記せ．

(1)$\displaystyle a=\frac{1}{2-\sqrt{3}},\ b=\frac{1}{3-\sqrt{2}},\ c=\frac{1}{\sqrt{2}-1}$のとき，数式
\[ a-\left\{ \frac{2b-c}{3}-\left( \frac{1}{6} a+\frac{2}{3}b-c \right) -\frac{1}{3} a \right\}-3 \left( \frac{1}{2}a-\frac{c}{3} \right) \]
の値は$[$\mathrm{a]$}$となる．
(2)ある宝石の価格は，その重量の$2$乗に比例するものとする．いま，価格$50$万円のその宝石を誤って$2$つに割ってしまった．$2$つのかけらの重量の比が$2:3$であるとき，損害は$[$\mathrm{b]$}$万円である．
(3)赤玉$3$個，白玉$2$個，黒玉$1$個が入った箱から玉を$1$個取り出して色を確認したら元に戻す操作を$5$回繰り返す．このとき，白玉が$2$回以上取り出される確率は$[$\mathrm{c]$}$である．
(4)$x^3+ax^2-10x-b=0$が$x=1,\ 2$を解にもつとき，もう一つの解は$x=[$\mathrm{d]$}$である．

$\displaystyle f(x)=\frac{\cos 5x}{\cos x} \left( 0<x<\frac{\pi}{2} \right)$とする．

(1)$\cos 4x=a \cos^2 2x+b$をみたす定数$a,\ b$の値を求めよ．
(2)$\cos 4x=l \cos^4 x+m \cos^2 x+n$をみたす定数$l,\ m,\ n$の値を求めよ．
(3)$\sin 4x \sin x=(p \cos^4 x+q \cos^2 x+r) \cos x$をみたす定数$p,\ q,\ r$の値を求めよ．
(4)$f(x)$の最小値を求めよ．

$\displaystyle f(x)=\frac{x \log \left( x^2+\displaystyle\frac{3}{4} \right)}{x^2+\displaystyle\frac{3}{4}}$とする．

(1)$f(x)=0$をみたす$x$の値を求めよ．
(2)$\displaystyle t=\log \left( x^2+\displaystyle\frac{3}{4} \right)$を微分せよ．
(3)$(2)$を用いて置換積分することにより，不定積分$\displaystyle \int f(x) \, dx$を求めよ．
(4)曲線$y=f(x)$と$x$軸で囲まれる$2$つの部分の面積の和を求めよ．