数列$\{a_n\},\ \{b_n\}$が次の条件を満たすとする．
\begin{eqnarray}
& & a_1=1, a_2=2, a_{n+2}=2a_{n+1}+a_n \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \nonumber \\
& & b_1=2, b_2=6, b_{n+2}=2b_{n+1}+b_n \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \nonumber
\end{eqnarray}
さらに行列$A$を$A=\biggl( \begin{array}{cc}
6 & 2 \\
2 & 2
\end{array} \biggr)$とする．このとき次が成り立つことを証明せよ．

(1)$n$が2以上の偶数のとき，$\displaystyle A^n=8^{\frac{n}{2}} \biggl( \begin{array}{cc}
a_{n+1} & a_n \\
a_n & a_{n-1}
\end{array} \biggr)$
(2)$n$が3以上の奇数のとき，$\displaystyle A^n=8^{\frac{n-1}{2}} \biggl( \begin{array}{cc}
b_{n+1} & b_n \\
b_n & b_{n-1}
\end{array} \biggr)$

次の定積分を求めよ．
\[ \int_0^1 \{x(1-x)\}^{\frac{3}{2}} \, dx \]

$a$を正の整数とする．正の実数$x$についての方程式
\[ (*) \quad x = \left[ \frac{1}{2} \left( x+ \frac{a}{x} \right) \right] \]
が解を持たないような$a$を小さい順に並べたものを$a_1,\ a_2,\ a_3,\ \cdots$とする．ここに$[ \quad ]$はガウス記号で，実数$u$に対し，$[ \; u \; ]$は$u$以下の最大の整数を表す．

(1)$a = 7,\ 8,\ 9$の各々について，$(*)$の解があるかどうかを判定し，ある場合は解$x$を求めよ．
(2)$a_1,\ a_2$を求めよ．
(3)$\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{a_n}$を求めよ．

$a$を正の定数とする．原点をOとする座標平面上に定点A = A$(a,\ 0)$と，Aと異なる動点P = P$(x,\ y)$をとる．次の条件
\begin{eqnarray}
& & \text{AからPに向けた半直線上の点Qに対し} \nonumber \\
& & \frac{\text{AQ}}{\text{AP}} \leqq 2 \quad \text{ならば} \quad \frac{\text{QP}}{\text{OQ}} \leqq \frac{\text{AP}}{\text{OA}} \nonumber
\end{eqnarray}
を満たすPからなる領域を$D$とする．$D$を図示せよ．

はじめに，Aが赤玉を1個，Bが白玉を1個，Cが青玉を1個持っている．表裏の出る確率がそれぞれ$\displaystyle \frac{1}{2}$の硬貨を投げ，表が出ればAとBの玉を交換し，裏が出ればBとCの玉を交換する，という操作を考える．この操作を$n$回$(n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$くり返した後にA，B，Cが赤玉を持っている確率をそれぞれ$a_n,\ b_n,\ c_n$とおく．

(1)$a_1,\ b_1,\ c_1,\ a_2,\ b_2,\ c_2$を求めよ．
(2)$a_{n+1},\ b_{n+1},\ c_{n+1}$を$a_n,\ b_n,\ c_n$で表せ．
(3)$a_n,\ b_n,\ c_n$を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)$f(x)$を連続関数とするとき，
\[ \int_0^\pi x f(\sin x) \, dx = \frac{\pi}{2} \int_0^\pi f(\sin x) \, dx \]
が成り立つことを示せ．
(2)定積分
\[ \int_0^\pi \frac{x \sin^3 x}{\sin^2 x+8} \, dx \]
の値を求めよ．

1個のいびつなさいころがある．$1,\ 2,\ 3,\ 4$の目が出る確率はそれぞれ$\displaystyle \frac{p}{2}$であり，$5,\ 6$の目が出る確率はそれぞれ$\displaystyle \frac{1-2p}{2}$である．ただし，$\displaystyle 0<p<\frac{1}{2}$とする．このさいころを投げて，$xy$平面上の点Qを次のように動かす．

\mon[(i)] 1または2の目が出たときには，Qを$x$軸の正の方向に1だけ動かす．
\mon[(ii)] 3または4の目が出たときには，Qを$y$軸の正の方向に1だけ動かす．
\mon[(iii)] 5または6の目が出たときには，Qを動かさない．

Qは最初原点$(0,\ 0)$にある．このさいころを$(n+1)$回投げ，Qが通った点(原点およびQの最終位置の点を含む)の集合を$S$とする．ただし，$n$は自然数とする．次の問いに答えよ．

(1)さいころを$(n+1)$回投げたとき，$S$が点$(1,\ n-1)$を含む確率を求めよ．
(2)さいころを$(n+1)$回投げたとき，$S$が領域$x+y<n$に含まれる確率を求めよ．
(3)さいころを$(n+1)$回投げたとき，$S$が点$(k,\ n-k)$を含むならば得点$2^k$点$(k=0,\ 1,\ \cdots,\ n)$が与えられ，$S$が領域$x+y<n$に含まれるならば得点0点が与えられるとする．得点の期待値を求めよ．

$a,\ b$を正の実数とする．曲線
\[ C:\frac{x^2}{a^2}+\frac{(y-b)^2}{b^2}=1 \]
は領域$D:x^2+y^2 \leqq 1$に含まれている．次の問いに答えよ．

(1)$(a,\ b)$が存在する範囲を$ab$平面上に図示せよ．
(2)$C$が囲む部分の面積が最大になるときの$a,\ b$の値を求めよ．

各項が正の実数である数列$\{a_n\}$が，$a_1=1$と関係式
\[ a_{n+1}-a_n=\sqrt{n} \left(1+\frac{1}{a_n+a_{n+1}} \right) \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \]
をみたしている．次の問いに答えよ．

(1)$a_n \geqq \sqrt{n} \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$を示せ．
(2)$\displaystyle \sum_{k=1}^{n-1} \sqrt{k} \leqq \frac{2}{3}(n^{\frac{3}{2}}-1) \quad (n=2,\ 3,\ 4,\ \cdots)$を示せ．
(3)$\displaystyle a_n \leqq \frac{2}{3}n^{\frac{3}{2}} + \frac{1}{2}n -\frac{1}{6} \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$を示せ．

$\displaystyle f(x) = \frac{1}{3}x^3-\frac{1}{2}ax^2$とおく．ただし，$a > 0$とする．

(1)$f(-1) \leqq f(3)$となる$a$の範囲を求めよ．
(2)$f(x)$の極小値が$f(-1)$以下となる$a$の範囲を求めよ．
(3)$-1 \leqq x \leqq 3$における$f(x)$の最小値を$a$を用いて表せ．