表の出る確率が$p$，裏の出る確率が$1-p$のコインがある．このコインを投げ，その結果により，駒が2点A，Bの間を移動し，ポイントを獲得することを繰り返す次のようなゲームを行う．

ルールa) \ 駒はゲームを始めるとき点Aにいる．
ルールb) \ 駒はコイン投げで表が出ればそのときいる点にとどまり，裏が出ればもう一方の点に移動する．
ルールc) \ $k$回目のコイン投げの結果，駒が点Aにいるときは$3k$ポイント新たに獲得し，点Bにいるときは$k$ポイント新たに獲得する．$(k=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$

$n$を自然数として，以下の問いに答えよ．

(1)$n$回コインを投げた結果，駒が点Aにいる確率を$a_n$とおく．$a_n$を求めよ．
(2)$k$回目のコイン投げの結果により新たに獲得するポイントの期待値を$E_k$とおく．$0<p<1$のとき，$\displaystyle \sum_{k=1}^n E_k$を$n$と$p$を用いて表せ．
(3)(1)で求めた$a_n$を$p$の関数と考え，$f_n(p)$と書くとき，次の極限値を求めよ．
\[ \lim_{m \to \infty} \frac{1}{m} \sum_{k=1}^m f_n \left( \frac{k}{2m} \right) \]

$n$を自然数とするとき，
\[ 2\sum_{k=1}^n (-1)^{k+1}k(k-1)=(-1)^{n+1}n^2+\frac{(-1)^n-1}{2} \]
が成り立つことを示しなさい．

曲線$C$を$y=e^x$とする．$C$上の点A$_0(0,\ 1)$における接線と$x$軸の交点をB$_1(b_1,\ 0)$とし，$C$上の点A$_1(b_1,\ e^{b_1})$における接線と$x$軸の交点をB$_2(b_2,\ 0)$とする．これをくりかえし，$C$上の点A$_n(b_n,\ e^{b_n})$における接線と$x$軸の交点をB$_{n+1}(b_{n+1},\ 0)$とする．このとき，次の問いに答えよ．

(1)$b_1$を求めよ．
(2)$b_{n+1}$と$b_n$の関係式を求め，一般項$b_n$を求めよ．
(3)$\triangle$B$_n$A$_n$B$_{n+1}$の面積を$S_n$とするとき，$\displaystyle \sum_{n=0}^\infty S_n$を求めよ．ただし，B$_0$は原点とする．

以下の問いに答えなさい．

(1)自然数$n$に対して，$\displaystyle S(n)=\sum_{k=1}^{12n+3}k^2,\ T(n)=\sum_{k=1}^{12n+3}(2k-1)$とおくとき$S(n)-T(n)$が正の奇数となることを証明しなさい．
(2)関数$f(x)$が次の関係を満たすものとする．
\[ \int_{-u}^0 t \{ \frac{d}{dt} f(t+u) \} \, dt=-e^{-u} \cos u+uf(0)-u+1 \]
このとき，$z=t+u$という置き換えを利用して$\displaystyle \int_0^u f(z) \, dz$を求めなさい．
(3)整式$P_1(x)$は，$x^2-(a+1)x+a$で割ると$2x+b$余り，整式$P_2(x)$は，$x^2-(b-2)x-2b$で割ると$x-a$余る．$P_1(a)=2P_2(b)$のとき，$a$と$b$の関係を求めなさい．

2つの数$a,\ b$を用いてできる数列
\[ a,\ b,\ 2a,\ a+b,\ 2b,\ 3a,\ 2a+b,\ a+2b,\ 3b,\ 4a,\ 3a+b,\ 2a+2b,\ a+3b,\ 4b,\ \cdots \]
を$\{c_n\}$とする．

(1)$c_{20}$の値を$a,\ b$を用いて表せ．
(2)$\displaystyle \sum_{n=1}^{20}c_n$の値を$a,\ b$を用いて表せ．

2つの数$a,\ b$を用いてできる数列
\[ a,\ b,\ 2a,\ a+b,\ 2b,\ 3a,\ 2a+b,\ a+2b,\ 3b,\ 4a,\ 3a+b,\ 2a+2b,\ a+3b,\ 4b,\ \cdots \]
を$\{c_n\}$とする．

(1)$c_{50}$の値を$a,\ b$を用いて表せ．
(2)$\displaystyle \sum_{n=1}^{50}c_n$の値を$a,\ b$を用いて表せ．
(3)$a=2,\ b=5$とする．上の数列$\{c_n\}$から，前に出てきた項より小さい項をすべて取り除いてできる新しい数列を$\{d_n\}$とするとき，$\{d_n\}$の初項から第$2n$項までの和を求めよ．

2つの数$a,\ b$を用いてできる数列
\[ a,\ b,\ 2a,\ a+b,\ 2b,\ 3a,\ 2a+b,\ a+2b,\ 3b,\ 4a,\ 3a+b,\ 2a+2b,\ a+3b,\ 4b,\ \cdots \]
を$\{c_n\}$とする．

(1)$c_{50}$の値を$a,\ b$を用いて表せ．
(2)$\displaystyle \sum_{n=1}^{50}c_n$の値を$a,\ b$を用いて表せ．
(3)$a=2,\ b=5$とする．上の数列$\{c_n\}$から，前に出てきた項より小さい項をすべて取り除いてできる新しい数列を$\{d_n\}$とするとき，$\{d_n\}$の初項から第$2n$項までの和を求めよ．

2つの数$a,\ b$を用いてできる数列
\[ a,\ b,\ 2a,\ a+b,\ 2b,\ 3a,\ 2a+b,\ a+2b,\ 3b,\ 4a,\ 3a+b,\ 2a+2b,\ a+3b,\ 4b,\ \cdots \]
を$\{c_n\}$とする．

(1)$c_{100}$の値を$a,\ b$を用いて表せ．
(2)$\displaystyle \sum_{n=1}^{100}c_n$の値を$a,\ b$を用いて表せ．
(3)$a=2,\ b=5$とする．上の数列$\{c_n\}$から，前に出てきた項より小さい項をすべて取り除いてできる新しい数列を$\{d_n\}$とするとき，$\{d_n\}$の初項から第$2n$項までの和を求めよ．

数列$\{a_n\}$の初項から第$n$項までの和を$S_n$とする．
\[ S_n=1-(2n^2+n-1)a_n \quad (n \geqq 1) \]
が成り立つとき，次の問に答えよ．

(1)$n \geqq 2$のとき，$a_n$を$a_{n-1}$と$n$を用いて表せ．
(2)$a_n$を$n$を用いて表せ．
(3)$\displaystyle \sum_{n=1}^{20}\frac{1}{a_n}$を求めよ．

$n$を自然数とするとき，次の問いに答えよ．

(1)不定積分$\displaystyle \int \pi (x+\pi) \sin \pi x \, dx$を求めよ．
(2)下の図のように，曲線$y = \pi(x+ \pi) \sin \pi x \ (0 \leqq x \leqq 2n-1)$と$x$軸とで囲まれた図形の$x$軸より上側にある部分を，原点側から順にP$_1$，P$_2$，P$_3$，$\cdots$，P$_n$と分けるとき，図形P$_k$の面積$S_k \ (k = 1,\ 2,\ 3,\ \cdots,\ n)$を$k$の式で表せ．
（図は省略）
(3)(2)の$S_k$に対して，$\displaystyle \sum_{k=1}^n S_k$を$n$の式で表せ．