次の問いに答えよ．

(1)$\displaystyle -\frac{\pi}{2} \leqq x \leqq \frac{\pi}{2}$において次の不等式を解け．
\[ \sin x+\cos 2x \geqq 0 \]
(2)$\displaystyle -\frac{\pi}{2} \leqq x \leqq \frac{\pi}{2}$において，曲線$y=\sin x$と曲線$y=-\cos 2x$および直線$\displaystyle x=-\frac{\pi}{2}$が囲む図形の面積$S$を求めよ．
(3)上の図形の$\displaystyle 0 \leqq x \leqq \frac{\pi}{2}$の部分を$x$軸のまわりに1回転してできる回転体の体積$V$を求めよ．

円$\displaystyle C_1:x^2+y^2-2 \sqrt{3}x-4y+3=0$と放物線$\displaystyle C_2:y=-\frac{1}{2}x^2+\frac{1}{2 \sqrt{3}}x+1$について，次の問いに答えよ．

(1)$C_1$と座標軸との共有点，および$C_2$と座標軸との共有点の座標を求めよ．
(2)連立不等式
\[ \left\{
\begin{array}{l}
x^2+y^2-2 \sqrt{3}x-4y+3 \leqq 0 \\
y \leqq -\displaystyle\frac{1}{2}x^2+\frac{1}{2 \sqrt{3}}x+1
\end{array}
\right. \]
を満たす点$(x,\ y)$全体からなる領域を$D$とする．$D$の面積$S$を求めよ．
(3)点$(x,\ y)$が領域$D$を動くとき，$x+y$の最大値を求めよ．

曲線$y=\log x$の接線は常にこの曲線の上側にあることを利用して，次の問いに答えよ．以下，$k$は自然数とする．

(1)点$\mathrm{A}_k(k,\ 0)$を通り$x$軸に垂直な直線と曲線$y=\log x$との交点を${\mathrm{A}_k}^\prime$とし，${\mathrm{A}_k}^\prime$におけるこの曲線の接線を$\ell_k$とする．また，$k \geqq 2$のとき，$\displaystyle \mathrm{B}_k \left( k-\frac{1}{2},\ 0 \right)$，$\displaystyle \mathrm{C}_k \left( k+\frac{1}{2},\ 0 \right)$を通り$x$軸に垂直な直線と接線$\ell_k$との交点をそれぞれ${\mathrm{B}_k}^\prime$，${\mathrm{C}_k}^\prime$とする．四角形$\mathrm{B}_k \mathrm{C}_k {\mathrm{C}_k}^\prime {\mathrm{B}_k}^\prime$の面積を求めよ．
(2)次の2つの値の大小を比較せよ．

(i) $\log k$と$\displaystyle \int_{k-\frac{1}{2}}^{k+\frac{1}{2}} \log x \, dx \quad$（ただし，$k \geqq 2$）
(ii) $\displaystyle \frac{\log k+\log (k+1)}{2}$と$\displaystyle \int_k^{k+1} \log x \, dx \quad$（ただし，$k \geqq 1$）

(3)$\displaystyle a_n=\log (n!)-\frac{1}{2}\log n$とおくと，2以上の自然数$n$について，次の不等式が成り立つことを示せ．
\[ \int_{\frac{3}{2}}^n \log x \, dx<a_n<\int_1^n \log x \, dx \]
(4)2以上の自然数$n$について
\[ \left\{
\begin{array}{l}
U_n=\left( n+\displaystyle\frac{1}{2} \right) \log n-n+\displaystyle\frac{3}{2} \left( 1-\log \displaystyle\frac{3}{2} \right) \\
V_n=\left( n+\displaystyle\frac{1}{2} \right) \log n-n+1
\end{array}
\right. \]
とおくとき，次の不等式を示せ．
\[ U_n<\log (n!)<V_n \]

実数$p>0$と関数$f(x)=x^3-x$がある．$2$曲線$C_1:y=f(x)$，$C_2:y=f(x+p)-p$について，次に答えよ．

(1)曲線$C_1$と$C_2$が共有点を$2$個もつときの$p$の範囲を求めよ．
(2)実数$\alpha,\ \beta$に対して
\[ \int_{\alpha}^{\beta}(\beta-x)(x-\alpha) \, dx=\frac{1}{6}(\beta-\alpha)^3 \]
を示せ．
(3)$p$が(1)で求めた範囲を動くとき，曲線$C_1,\ C_2$によって囲まれた図形の面積$S(p)$の最大値を求めよ．

四面体$\mathrm{OABC}$は$\mathrm{OA}=\mathrm{OB}=2$，$\mathrm{OC}=1$，$\angle \mathrm{AOB}=\angle \mathrm{AOC}=60^\circ$をみたしている．線分$\mathrm{AB}$を$1:2$に内分する点を$\mathrm{M}$とし，線分$\mathrm{OM}$を$s:1-s \ (0<s<1)$に内分する点を$\mathrm{H}$とする．$\overrightarrow{\mathrm{OA}}=\overrightarrow{a}$，$\overrightarrow{\mathrm{OB}}=\overrightarrow{b}$，$\overrightarrow{\mathrm{OC}}=\overrightarrow{c}$，$\angle \mathrm{BOC}=\theta \ (0^\circ<\theta<180^\circ)$として，次に答えよ．

(1)ベクトル$\overrightarrow{\mathrm{OH}}$，$\overrightarrow{\mathrm{CH}}$を$\overrightarrow{a}$，$\overrightarrow{b}$，$\overrightarrow{c}$と$s$を用いて表せ．
(2)$\overrightarrow{\mathrm{CH}} \perp \overrightarrow{\mathrm{OM}}$のとき，$s$を$\theta$を用いて表せ．
(3)$\overrightarrow{\mathrm{CH}} \perp \overrightarrow{\mathrm{OM}},\ \mathrm{BC}=\sqrt{\displaystyle\frac{17}{5}}$とするとき，$\cos \theta$と$s$の値を求めよ．
(4)$\overrightarrow{\mathrm{CH}} \perp \overrightarrow{\mathrm{OM}},\ \mathrm{BC}=\sqrt{\displaystyle\frac{17}{5}}$とするとき，四面体$\mathrm{OABC}$の体積$V$を求めよ．

実数$\theta$に対して，行列$A$を$A=\left( \begin{array}{cc}
\cos \theta & -\sin \theta \\
\sin \theta & \cos \theta
\end{array} \right)$とする．また，$n$を自然数とし，$A$の$n$乗を$A^n$で表す．次に答えよ．

(1)数学的帰納法により，すべての自然数$n$に対して
\[ A^n=\left( \begin{array}{cc}
\cos n\theta & -\sin n\theta \\
\sin n\theta & \cos n\theta
\end{array} \right) \]
が成立することを示せ．
(2)$\displaystyle \theta=\frac{\pi}{12}$とする．ある自然数$n$に対しては，行列$A^n$によって曲線$\displaystyle y=-\frac{1}{2x}$上の点が常に曲線$x^2-y^2=-1$上の点に移される．このような自然数$n$の最小値を求めよ．

$a,\ b,\ c,\ d$を実数とし，$x$の$4$次関数$f(x)$を
\[ f(x)=x^4+2ax^3+6bx^2+4cx+d \]
とする．また，曲線$y=f(x)$を$C$とする．さらに，$\displaystyle \alpha=1+\sqrt{\frac{5}{6}},\ \beta=1-\sqrt{\frac{5}{6}}$とおくとき，$f(x)$と$C$は次の$3$つの条件$(ⅰ),\ (ⅱ),\ (ⅲ)$を満たすものとする．

(i) 点$(\alpha,\ f(\alpha))$と点$(\beta,\ f(\beta))$は共に$C$の変曲点である．
(ii) $f(x)$は$x=1$で極値をもつ．
(iii) $f(2)=0$

次の問いに答えよ．

(1)$a,\ b,\ c,\ d$の値を求めよ．
(2)$C$を$x$軸方向に$-1$だけ平行移動した曲線を$y=g(x)$とおく．$g(x)$を求めよ．
(3)$x$軸と$C$とで囲まれた図形の面積$S$を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)関数$y=x^2-3x+7-3 |x-2|$のグラフをかけ．
(2)方程式$\displaystyle \log_5x-\frac{4}{\log_5x}+\frac{\log_5 x^3}{\log_5 x}=0$を解け．
(3)$a>0$とする．関数$f(t)=t(a-t^2) \ (0<t<\sqrt{a})$の最大値が$2$であるとき，$a$の値を求めよ．
(4)正四面体の各面に$0,\ 1,\ 2,\ 3$の数字が$1$つずつ書かれているさいころがある．このさいころを投げたとき，各面が底面になる確率は等しいものとする．このようなさいころを$2$つ同時に投げ，おのおののさいころの底面に書かれている数の積を$X$とする．$X$の期待値を求めよ．
(5)$2$つの曲線$y=x^2$，$y=-x^2+2x+1$で囲まれる図形の面積を求めよ．

次の条件を満たす三角形$\mathrm{ABC}$はどのような三角形か．(1)，(2)，(3)それぞれの場合について，理由をつけて答えよ．ただし，三角形$\mathrm{ABC}$において，頂点$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$，$\mathrm{C}$に向い合う辺$\mathrm{BC}$，$\mathrm{CA}$，$\mathrm{AB}$の長さをそれぞれ$a,\ b,\ c$で表す．また，$\angle \mathrm{A}$，$\angle \mathrm{B}$，$\angle \mathrm{C}$の大きさをそれぞれ$A,\ B,\ C$で表す．

(1)$\displaystyle \frac{b}{\sin A}=\frac{a}{\sin B}$
(2)$\displaystyle \frac{a}{\cos A}=\frac{b}{\cos B}$
(3)$\displaystyle \frac{b}{\cos A}=\frac{a}{\cos B}$

$0 \leqq x \leqq 1$の範囲で関数$f(x),\ g(x)$を
\[ \begin{array}{l}
f(x)=1-|2x-1| \\
g(x)=1-|2 \abs{2x-1|-1}
\end{array} \]
と定める．

(1)$\displaystyle g \left( \frac{\sqrt{3}}{4} \right)$を求めよ．
(2)$0 \leqq x \leqq 1$の範囲で$y=f(x)$のグラフをかけ．
(3)$0 \leqq x \leqq 1$の範囲で$y=g(x)$のグラフをかけ．
(4)連立不等式
\[ \left\{ \begin{array}{l}
y \geqq f(x) \\
y \leqq g(x) \\
0 \leqq x \leqq \displaystyle\frac{1}{2}
\end{array} \right. \]
の表す領域の面積を求めよ．