次の空欄$[ア]$から$[エ]$に当てはまるものを答えよ．ただし，$\log$は自然対数，$e$はその底である．

(1)$\displaystyle\lim_{n \to \infty} \left( \sqrt{n^2+n} - \sqrt{n^2-n} \right) = [ア]$

(2)$\displaystyle\lim_{x \to 0} \frac{32^x-1}{8^x-1} = [イ]$

(3)ある物質$\mathrm{P}$は時間とともに変化し，その量が減少する．時刻$t$における物質$\mathrm{P}$の量$y(t)$は，
\[ y(t) = ae^{-kt} \quad (t \geqq 0) \]
であるとする．ただし，$a>0,\ k>0$は定数であり，$a$は時刻$t=0$における物質$\mathrm{P}$の量である．物質$\mathrm{P}$の量が$\displaystyle \frac{a}{2}$となる時刻$t_0$は
\[ t_0 = [ウ]\log [エ]\]
である．

次の空欄$[ア]$から$[オ]$に当てはまるものをそれぞれ入れよ．ただし，$e$は自然対数の底である．必要ならば$\displaystyle \lim_{x \to \infty} \frac{x}{e^x}=0.\ \lim_{x \to \infty} \frac{x^2}{e^x}=0$を用いてもよい．

関数$\displaystyle f(x) = \frac{(x+1)^2}{e^x}$を考える．

(1)$f(x)$は$x=[ア]$において最小値[イ]をとる．
(2)$k$を定数とする．$x$についての方程式$f(x) = k$が二つの実数解をもつとき，$k=[ウ]$である．
(3)曲線$y=f(x)$の変曲点の$x$座標は
$[エ]-\sqrt{[オ]}, \quad [エ]+\sqrt{[オ]}$
である．

等式$\displaystyle \frac{4}{1-x^4} = \frac{A}{1-x} + \frac{B}{1+x} + \frac{C}{1+x^2}$が$x$についての恒等式となるように，定数$A,\ B,\ C$を定める．定数$C$の値を求めよ．

連立不等式
\[ x+2y \leqq 2a^2+a+3,\quad x \geqq a+1,\quad y \geqq a^2 \]
の表す領域を$D$とおく．ただし，$a$は実数の定数とする．また，点$(x,\ y)$が$D$上を動くときの，$x+y$の最小値を$m$，最大値を$M$とおく．

(1)$a=1$のとき，$D$を図示せよ．さらに，そのときの$m$と$M$の値を求めよ．
(2)$\displaystyle m=\frac{3}{2}$となるような$a$の値を求めよ．
(3)$M$の値が最小となるような$a$の値と，そのときの$M$の値を求めよ．

(文学部III)\\
\quad $2$次方程式$x^2+2ax+4a^2-ka+4=0$を$(*)$とおく．ただし，$a$と$k$は実数の定数とする．

(1)$k=8$のとき，$(*)$が実数解を持たないような$a$の値の範囲を求めよ．
(2)$-1$以外のすべての$a$に対して$(*)$が実数解を持たないような$k$の値の範囲を求めよ．

次の空欄ア～ケに当てはまる数または式を記入せよ．

(1)$(x-2y)^8$の展開式における$x^5y^3$の係数は[ア]である．
(2)$\displaystyle \int_0^2 (x^2-ax+2)\, dx=0$の等式を満たす定数$a$の値は[イ]である．
(3)$1$から$200$までの整数で，$3$および$7$のいずれでも割りきれない数の個数は[ウ]個である．
(4)方程式$5x+3y+z=15$を満たす自然数$x,\ y,\ z$の組の個数は[エ]個である．
(5)原点$\mathrm{O}$から出発して数直線上を動く点$\mathrm{P}$がある．点$\mathrm{P}$は，サイコロを振って偶数の目が出るとその目の数に$+3$をかけた数だけ移動し，奇数の目が出るとその目の数に$-2$をかけた数だけ移動する．このサイコロを$1$回振るときの点$\mathrm{P}$の数直線上の位置の期待値は[オ]である．
(6)$a=\log_2 5,\ b=\log_2 9$とおく．$\log_4 150$を$a,\ b$を用いて表すと[カ]である．
(7)複素数$z$が$\displaystyle z=\frac{a}{1-3i}+\frac{bi}{1+3i}$で与えられたとき，$z=4i$となるような実数$a,\ b$を求めると，$a=[キ],\ b=[ク]$である．ただし，$i$は虚数単位とする．
(8)$\mathrm{O}$を原点とする座標平面上に長さが等しいベクトル$\overrightarrow{\mathrm{OP}}=(2,\ 6)$と$\overrightarrow{\mathrm{OQ}}$がある．$\overrightarrow{\mathrm{OP}}$と$\overrightarrow{\mathrm{OQ}}$のなす角が$\displaystyle \frac{\pi}{3}$であるとき，点$\mathrm{Q}$の$x$座標は[ケ]である．ただし，点$\mathrm{Q}$の$x$座標は$2$より小さいとする．

$a$は$\displaystyle a>\frac{1}{2}$を満たす定数とする．座標平面上の半径$R$の円$C_1:x^2+(y-a)^2=R^2$は，$y>0$の表す領域にある．円$C_1$が放物線$y=x^2$と共有する点は$2$点のみである．このとき，次の問いに答えよ．

(1)共有点の$y$座標および$a$を，$R$を用いて表せ．
(2)円$C_1$と放物線$y=x^2$の共有点における放物線の$2$つの接線のうち傾きが正のものを$\ell$とする．$\ell$の式を$R$を用いて表せ．
(3)点$(0,\ -a)$を中心とする半径$r$の円$C_2$が直線$\ell$と接するとき，$r$を$R$を用いて表せ．

$x$の関数$\displaystyle f(x)=\frac{\log x}{x^2}$に対して，次の問いに答えよ．

(1)$f(x)$の導関数$f^{\, \prime}(x)$を求め，$f(x)$の極値を求めよ．
(2)$f(x)$の第2次導関数$f^{\, \prime\prime}(x)$を求め，さらに$f^{\, \prime\prime}(x)=0$を満たす$x$の値を求めよ．
(3)$x>0$において，$2\sqrt{x}-\log x > 0$を示せ．
(4)$\displaystyle \lim_{x \to \infty} \frac{\log x}{x^2}$を求めよ．
(5)$\displaystyle \lim_{a \to \infty} \int_1^a f(x)\, dx = \int_1^c f(x) \, dx$を満たす正の定数$c$を求めよ．

次の設問に答えよ．

(1)放物線$y=x^2+ax+b$は$2$点$(-1,\ 9),\ (1,\ 1)$を通る．このとき，定数$a,\ b$の値を求めよ．
(2)(1)の放物線と，放物線$y = -x^2 +4$の交点の座標を求めよ．

$2$次関数$F(x)$について，次の問いに答えよ．

(1)$2$次方程式$F(x)=0$は$2$つの解$2,\ -3$を持ち，$F(5)=12$を満たす．このとき，$F(x)$を求めよ．
(2)(1)で求めた$F(x)$が関数$f(x)$を用いて
\[ F(x)=2 \int_a^x f(t) \, dt \]
と表されるとき，関数$f(x)$と定数$a$の値をすべて求めよ．
(3)座標平面において，曲線$y=F(x)$と曲線$y=f(x)$とで囲まれる領域の面積を求めよ．