関数$\displaystyle f(x)=\int_0^1 \bigl|t-|\,x\,| \bigr| \, dt$について以下の問いに答えよ．

(1)$y=f(x)$のグラフを描け．
(2)定数$k$に対し$f(x)=kx$を満たす$x$の個数を調べよ．
(3)$y=f(x)$のグラフと直線$\displaystyle y=-x+\frac{7}{2}$と$y$軸の3つで囲まれた図形の面積を求めよ．

関数$\displaystyle f(x)=-\frac{1}{2x}+\tan x,\ g(x)=x\cos (x^2)$について以下の問いに答えよ．

(1)$\displaystyle 0< \alpha < \frac{\pi}{2}$の範囲にある$\alpha$で$f(\alpha)=0$となるものがただひとつ存在することを示せ．
(2)閉区間$\displaystyle \left[\; 0,\ \sqrt{\frac{\pi}{2}} \; \right]$における$g(x)$の増減表を書け．必要ならば(1)の$\alpha$を用いてよい．
(3)$\displaystyle 0< \beta < \sqrt{\frac{\pi}{2}}$の範囲にあり$g^{\prime}(\beta)=0$を満たす$\beta$を(1)の$\alpha$を用いて表せ．また$g(x)=x \cos (x^2) \ (0 \leqq x \leqq \beta)$の逆関数を$h(x)$とする．このとき$y=g(x)$のグラフと$y=h(x)$のグラフの関係に注意して，定積分$\displaystyle \int_0^{g(\beta)} h(x) \, dx$を$\alpha$を用いて表せ．

次の問いに答えよ．

(1)$x,\ y$が，$2^x=8^{y+1},\ 9^y=3^{x-9}$を満たすとき，$x+y$の値を求めよ．
(2)$x$についての2次方程式$\displaystyle x^2-px+\frac{p^2-1}{4}=0$の2つの解を$x_1,\ x_2$とするとき，$|x_1-x_2|$の値を求めよ．
(3)$x$が，方程式$\sqrt[3]{x+9}-\sqrt[3]{x-9}=3$を満たすとき，$x^2$の値を求めよ．

$x>1$である実数$x$に対して$\displaystyle x+\frac{1}{x}=a$とおくとき，次の式を$a$を用いて表せ．

(1)$\displaystyle x^2+\frac{1}{x^2}$
(2)$\displaystyle x-\frac{1}{x}$
(3)$\displaystyle x^3-\frac{1}{x^3}$

$a$を実数とし，
\[ I=\int_0^\pi (x+a\cos x+a^2 \sin x)^2 \, dx \]
とおく．このとき，次の問いに答えなさい．

(1)$I$を$a$の式で表しなさい．
(2)$\displaystyle I>\frac{\pi}{2}a^4$であることを示しなさい．

座標平面において，2点A$(1,\ 0)$，B$(2,\ 0)$を原点のまわりに$\theta$だけ回転した点をそれぞれC，Dとおく，ただし，$\displaystyle 0<\theta<\frac{\pi}{2}$とする．点Cを通り直線CDと垂直に交わる直線を$\ell$とし，点Dを通り直線CDと垂直に交わる直線を$m$とする．また，直線$\ell$と直線$m$によりはさまれた領域を$S$とし，不等式$0 \leqq y \leqq x$の表す領域を$T$とする．このとき，次の問いに答えなさい．

(1)直線$\ell,\ m$の方程式を求めなさい．
(2)$\theta$が$\displaystyle 0<\theta<\frac{\pi}{2}$の範囲を動くとき，領域$S$と領域$T$の共通部分の面積を最小にする$\theta$の値を求めなさい．

$k$を正の定数とする．関数
\begin{eqnarray}
& & f(x)=\frac{1}{x}-\frac{k}{(x+1)^2} \quad\,\, (x>0) \nonumber \\
& & g(x)=\frac{(x+1)^3}{x^2} \qquad\qquad (x>0) \nonumber
\end{eqnarray}
について，次の問いに答えよ．

(1)$g(x)$の増減を調べよ．
(2)$f(x)$が極値をもつような定数$k$の値の範囲を求めよ．
(3)$f(x)$が$x=a$で極値をとるとき，極値$f(a)$を$a$だけの式で表せ．
(4)$k$が(2)で求めた範囲にあるとき，$f(x)$の極大値は$\displaystyle \frac{1}{8}$より小さいことを示せ．

座標平面上の自然数を成分とする点$(m,\ n)$に，有理数$\displaystyle \frac{n}{m}$を対応させる．下図のように，点$(1,\ 1)$から矢印の順番に従って，対応する有理数を並べ，次のような数列をつくる．\\
$\displaystyle \frac{1}{1},\ \frac{1}{2},\ \frac{2}{2},\ \frac{2}{1},\ \frac{1}{3},\ \frac{2}{3},\ \frac{3}{3},\ \frac{3}{2},\ \frac{3}{1},\ \frac{1}{4},\ \frac{2}{4},\ \frac{3}{4},\ \frac{4}{4},\ \frac{4}{3},\ \frac{4}{2},\ \frac{4}{1},\ \cdots$\\
このとき，次の問いに答えなさい．

(1)有理数$\displaystyle \frac{11}{8}$が初めて現れるのは第何項かを求めなさい．
(2)第160項を求めなさい．
(3)第1000項までに，値が2となる項の総数を求めなさい．
（図は省略）

$r$を正の定数とする．2つの曲線
\[ C_1:y=\frac{2x^2}{x^2+1},\quad C_2:y=\sqrt{r^2-x^2} \]
が共有点で互いに直交する接線を持つとする．

(1)共有点の座標と$r$の値を求めよ．
(2)$C_1$と$C_2$で囲まれる図形の面積$S$を求めよ．

2つの放物線$\displaystyle C_1:y=x^2,\ C_2:y=-x^2+2x-\frac{1}{2}$を考える．点A$\displaystyle \left(t,\ -t^2+2t-\frac{1}{2} \right)$における$C_2$の接線を$\ell$とする．以下の問いに答えよ．

(1)$\ell$と$C_1$との交点の$x$座標を，$t$を用いて表せ．
(2)点Aの$x$座標を$\displaystyle t=1+\frac{\sqrt{2}}{2}$とするとき，第1象限において$\ell,\ C_1$および$y$軸で囲まれた部分の面積を求めよ．