文字$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$，$\mathrm{C}$，数字$1,\ 2,\ 3$と書かれたカードをそれぞれ$1$枚ずつ，合計$6$枚を箱に入れる．箱から無作為にカードを$2$枚引いて，図のような列$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$，$\mathrm{C}$行$1,\ 2,\ 3$とする$3 \times 3$のマス目に以下のルールに従って，石を置くか取り除く試行を行う．
（図は省略）
\begin{itemize}
引いた$2$枚のカードが文字同士，数字同士の組み合わせである場合何もしない．
引いた$2$枚のカードが文字と数字の組み合わせだった場合，もし，その文字と数字に対応するマス目に石が置かれていない場合，石を置く．もしそのマス目に石が置かれている場合，石を取り除く．
カードは試行ごとに箱に戻すとする．
\end{itemize}
例えば，下図の状態のあとカードを引いて，カードが$\mathrm{B}$，$1$の組み合わせの場合，$\mathrm{B}$列$1$行のマス目に石を置く．カードの組み合わせが$\mathrm{A}$，$2$の場合は，$\mathrm{A}$列$2$行のマス目には石が置かれているのでそれを取り除く．
（図は省略）

ただし，第$1$回目の試行を開始する前には，マス目には石は置かれていない．次の問いに答えよ．

(1)第$1$回目の試行のあと，石がマス目に置かれている確率を求めよ．
(2)第$2$回目の試行のあと，石がマス目に置かれている確率を求めよ．
(3)第$3$回目の試行のあと，マス目に置かれている石の数の期待値を求めよ．

$1$から$9$までの数字が書かれたカードが$1$枚ずつ計$9$枚ある．図の$\mathrm{A}$から$\mathrm{I}$の位置にこの$9$枚のカードを$1$枚ずつ置くとき，次の問いに答えよ．
（図は省略）

(1)図$1$のように，$1$から$9$の数字が並べられている．$7,\ 8,\ 9$の$3$枚のカードを順に$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$，$\mathrm{C}$の位置に置くとき，どの行にも同じ数字が現れないカードの置き方は何通りあるか．
(2)図$1$において，どの行にも同じ数字が現れないカードの置き方は何通りあるか．
(3)図$2$において，どの行，どの列にも同じ数字が現れないカードの置き方は何通りあるか．

次の$(1)$から$(6)$の$[　]$に適する答えを書きなさい．

(1)$\overrightarrow{a}=(4,\ 3)$に垂直な単位ベクトルは$2$つあり，$[　]$と$[　]$である．
(2)$0,\ 1,\ 2,\ 3,\ 4$の$5$つの数字から$4$つの数字を選んで$4$桁の整数をつくるとき，その個数は全部で$[　]$個である．ただし，各数字は$1$回しか使えないこととする．
(3)$2x^2-5xy-3y^2+3x+5y-2$を因数分解すると$[　]$となる．
(4)三角形$\mathrm{ABC}$の内心を$\mathrm{I}$，$\angle \mathrm{BAC}=50^\circ$，$\angle \mathrm{ICA}=25^\circ$のとき，$\angle \mathrm{BIC}$は$[　]^\circ$となる．
(5)$1^2,\ 3^2,\ 5^2,\ 7^2,\ \cdots$の第$n$項までの和は$[　]$である．
(6)$\sin 75^\circ$，$\sin 22.5^\circ$を計算すると，それぞれ$[　]$，$[　]$となる．

$\log_{10}2=0.3010$，$\log_{10}3=0.4771$とする．以下の問いに答えよ．

(1)${18}^{20}$の桁数を求めよ．
(2)$n$を自然数とする．$\displaystyle \left( \frac{4}{15} \right)^{n}$は小数で表すと，小数第$1$位から小数第$9$位まですべて$0$で，かつ小数第$10$位が$0$でない数字になるとする．このとき，$n$をすべて求めよ．

以下の問いの空欄$[ア]$～$[コ]$に入れるのに適する数値，式を解答箇所に記せ．証明や説明は必要としない．

(1)$\sqrt{6+4 \sqrt{2}}$の小数部分を$a$とすると，$a=[ア]$，$\displaystyle a^2-\frac{1}{a^2}=[イ]$となる．
(2)$2$次関数$y=3x^2-6x+a+6 (0 \leqq x \leqq 3)$の最小値が$5$となるような定数$a$の値は$[ウ]$である．また，このとき最大値は$[エ]$である．
(3)$0,\ 1,\ 2,\ 3,\ 4,\ 5$の$6$個の数字から異なる$3$個の数字を取り出して並べ，$3$桁の整数を作るとき，整数は全部で$[オ]$個，偶数は全部で$[カ]$個となる．
(4)円に内接する四角形$\mathrm{ABCD}$において，$\mathrm{AB}=5$，$\mathrm{BC}=\mathrm{CD}=7$，$\mathrm{DA}=3$とする．$\angle \mathrm{BAD}=\theta$とするとき，$\cos \theta$は$[キ]$，四角形$\mathrm{ABCD}$の面積は$[ク]$である．
(5)赤いカード$4$枚，青いカード$3$枚，合計$7$枚のカードがある．この中から$2$枚のカードを同時に取り出すとき，$2$枚とも赤いカードとなる確率は$[ケ]$である．また，赤いカードを$1$点，青いカードを$5$点とするとき，取り出した$2$枚のカードの合計点の期待値は$[コ]$である．

袋A，袋Bのそれぞれに，1から$N$の自然数がひとつずつ書かれた$N$枚のカードが入っている．これらのカードをよくかきまぜて取り出していく．以下の問いに答えよ．

(1)$N=4$とする．袋A，Bのそれぞれから同時に1枚ずつカードを取り出し，数字が同じかどうかを確認する操作を繰り返す．ただし，取り出したカードは元には戻さないものとする．4回のカードの取り出し操作が終わった後，数字が一致していた回数を$X$とする．$X=1,\ X=2,\ X=3,\ X=4$となる確率をそれぞれ求めよ．また$X$の期待値を求めよ．
(2)$N=3$とし，$n$は自然数とする．袋A，Bのそれぞれから同時に1枚ずつカードを取り出し，カードの数字が一致していたら，それらのカードを取り除き，一致していなかったら，元の袋に戻すという操作を繰り返す．カードが初めて取り除かれるのが$n$回目で起こる確率を$p_n$とし，$n$回目の操作ですべてのカードが取り除かれる確率を$q_n$とする．$p_n$と$q_n$を求めよ．

袋$\mathrm{A}$，袋$\mathrm{B}$のそれぞれに，$1$から$N$の自然数がひとつずつ書かれた$N$枚のカードが入っている．これらのカードをよくかきまぜて取り出していく．以下の問いに答えよ．

(1)$N=4$とする．袋$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$のそれぞれから同時に$1$枚ずつカードを取り出し，数字が同じかどうかを確認する操作を繰り返す．ただし，取り出したカードは元には戻さないものとする．$4$回のカードの取り出し操作が終わった後，数字が一致していた回数を$X$とする．$X=1,\ X=2,\ X=3,\ X=4$となる確率をそれぞれ求めよ．また$X$の期待値を求めよ．
(2)$N=3$とし，$n$は自然数とする．袋$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$のそれぞれから同時に$1$枚ずつカードを取り出し，カードの数字が一致していたら，それらのカードを取り除き，一致していなかったら，元の袋に戻すという操作を繰り返す．カードが初めて取り除かれるのが$n$回目で起こる確率を$p_n$とし，$n$回目の操作ですべてのカードが取り除かれる確率を$q_n$とする．$p_n$と$q_n$を求めよ．

袋の中に$1$から$10$までの自然数が$1$つずつ書かれたボールが$10$個入っている．次の問いに答えよ．

(1)袋の中から$3$個のボールを同時に取り出すとき，$3$個のボールに書かれた数の和が$8$になる確率を求めよ．
(2)袋から$1$個のボールを取り出して，書かれている数字を記録し袋に戻す．これを$3$回繰り返すとき，記録された$3$つの数字のうち，ちょうど$2$つが同じ数字になる確率を求めよ．

袋の中に$1$から$n$までの自然数が$1$つずつ書かれたボールが$n$個入っている．次の問いに答えよ．ただし$n \geqq 3$とする．

(1)袋の中から$3$個のボールを同時に取り出すとき，$3$個のボールに書かれた数の和が$8$になる確率を求めよ．
(2)袋から$1$個のボールを取り出して，書かれている数字を記録し袋に戻す．これを$3$回繰り返すとき，記録された$3$つの数字のうち，ちょうど$2$つが同じ数字になる確率を求めよ．
(3)$(2)$で求めた確率が$\displaystyle \frac{1}{2}$以上となる$n$の範囲を求めよ．

箱の中に，数字の$1$が書かれたカードと数字の$2$が書かれたカードが，それぞれ$1$枚ずつ入っている．この箱の中から$1$枚のカードを取り出し，数字を記録して箱に戻す．これを$n$回繰り返したとき，記録された数字の和が$3$の倍数である確率を$P_n$とする．

(1)$P_1,\ P_2$を求めよ．
(2)$P_{n+1}$を$P_n$を用いて表せ．
(3)$P_n$を$n$を用いて表せ．