次の$[　]$にあてはまる$0$から$9$までの数字を記入せよ．ただし，根号内の平方因数は根号外にくくり出し，分数は既約分数で表すこと．

(1)$6$個の数字$0,\ 1,\ 2,\ 3,\ 4,\ 5$から異なる$4$個を並べてできる$4$桁の整数は$[][][]$個ある．このうち$2013$より小さい整数は$[][]$個あり，$2013$より大きく$4532$より小さい整数は$[][][]$個ある．
(2)$a,\ b$は実数とする．
$a=[　]$は，$(a-1)^2+(a-2)^2(b-3)^2=0$であるための必要条件である．
$a=[　]$かつ$b=[　]$であることは，$(a-1)^2+(a-2)^2(b-3)^2=0$であるための必要十分条件である．
$a=[　]$または$b=[　]$であることは，
\[ (a-1)^2(a-2)^2(b-3)^2(b-5)^2+(a-2)^2(a-4)^2(b-3)^2(b-7)^2=0 \]
であるための十分条件である．
(3)$a=[　]$かつ$b=[　]$であることは，
\[ (a-4)^2(b-5)^2(b-8)^2+(a-4)^2(a-6)^2+(a-5)^2(a-7)^2(b-7)^2=0 \]
であるための必要十分条件である．

次の問いに答えよ．

(1)$a,\ b,\ c$を整数とするとき，以下の問いに答えなさい．

(i) $a+b+c=10,\ a \geqq 1,\ b \geqq 1,\ c \geqq 1$を満たす整数解$a,\ b,\ c$の組の総数は$[ア][イ]$である．
(ii) $a+b+c \leqq 10,\ a \geqq 1,\ b \geqq 1,\ c \geqq 1$を満たす整数解$a,\ b,\ c$の組の総数は$[ウ][エ][オ]$である．
(iii) $a+b+c \leqq 10,\ 7 \geqq a \geqq 1,\ 7 \geqq b \geqq 1,\ 7 \geqq c \geqq 1$を満たす整数解$a,\ b,\ c$の組の総数は$[カ][キ][ク]$である．

(2)$\angle \mathrm{B}=2 \angle \mathrm{A}$を満たす$\triangle \mathrm{ABC}$について，以下の問いに答えなさい．

(i) 式$\displaystyle \frac{\sin B+\sin C}{\sin A}$がとりうる値の範囲は
\[ [ア]<\frac{\sin B+\sin C}{\sin A}<[イ] \]
である．
(ii) $\mathrm{AB}=2$，$\mathrm{AC}=3$のとき，
\[ \cos A=\frac{[ウ]+\sqrt{[エ][オ]}}{[カ]} \]
であり，
\[ \mathrm{BC}=-[キ]+\sqrt{[ク][ケ]} \]
である．

(3)座標平面上に，点$\mathrm{A}(0,\ 2)$，$\mathrm{B}(4,\ 0)$および放物線$C:y=-x^2+mx+1$（ただし，$m$は実数の定数）がある．$2$点$\mathrm{A}(0,\ 2)$，$\mathrm{B}(4,\ 0)$を通る直線を$\ell$とする．

(i) 放物線$C$と直線$\ell$が$2$個の異なる共有点をもつのは，
\[ m<-\frac{[ア]}{[イ]},\quad m>\frac{[ウ]}{[エ]} \]
のときである．
以下，放物線$C$と直線$\ell$が$2$個の異なる共有点をもつ場合について考え，この$2$個の共有点を$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$とする．
(ii) 点$\mathrm{P}$と点$\mathrm{Q}$のすくなくとも一方が線分$\mathrm{AB}$（端点$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$を含む）上にあるのは
\[ m>\frac{[オ]}{[カ]} \]
のときである．
(iii) 点$\mathrm{P}$と点$\mathrm{Q}$がともに，線分$\mathrm{AB}$（端点$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$を含む）上にあるのは
\[ \frac{[キ]}{[ク]}<m \leqq \frac{[ケ][コ]}{[サ]} \]
のときである．また，$m$がこの範囲内で動くとき，線分$\mathrm{PQ}$の長さは，
$\displaystyle m=\frac{[シ][ス]}{[セ]}$で最大値$\displaystyle \frac{[ソ][タ]}{[チ]} \times \sqrt{[ツ]}$をとる．

次の問いに答えよ．

(1)$\sqrt{5}$の小数部分を$a$とするとき，$\displaystyle a+\frac{1}{a}$の値を求めよ．
(2)$4<\sqrt{2x^2}<7$を満たす整数$x$をすべて求めよ．
(3)正三角形$\mathrm{ABC}$において$\angle \mathrm{ABC}=\theta$とするとき，$\sin \theta+\cos \theta+\tan \theta$の値を求めよ．
(4)対角線の差が$4 \, \mathrm{cm}$で，面積が$96 \, \mathrm{cm}^2$のひし形がある．このひし形の$1$辺の長さを求めよ．
(5)$5^{4 \log_5 2}$の値を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)$\sqrt{5}$の小数部分を$a$とするとき，$\displaystyle a+\frac{1}{a}$の値を求めよ．
(2)$4<\sqrt{2x^2}<7$を満たす整数$x$をすべて求めよ．
(3)正三角形$\mathrm{ABC}$において$\angle \mathrm{ABC}=\theta$とするとき，$\sin \theta+\cos \theta+\tan \theta$の値を求めよ．
(4)対角線の差が$4 \, \mathrm{cm}$で，面積が$96 \, \mathrm{cm}^2$のひし形がある．このひし形の$1$辺の長さを求めよ．

整数を要素とする次の$3$つの集合を考える．
\[ \begin{array}{l}
A=\{1,\ 3,\ 4x^4-5x^2+3\} \\
B=\{2,\ x+2xy+y\} \\
C=\{1,\ y+3\}
\end{array} \]
このとき，次の問いに答えよ．

(1)$A=\{1,\ 2,\ 3\}$となる$x$の値をすべて求めよ．
(2)$B \subset A$となる$x,\ y$の値の組をすべて求めよ．
(3)$B=C$かつ集合$A \cap B \cap C$の要素の数がただ一つだけとなる$x,\ y$の値の組をすべて求めよ．

初項$a$，公差$d$の等差数列$\{a_n\}$と，初項$b$，公比$r$の等比数列$\{b_n\}$があり，数列$\{c_n\}$は$c_n=a_n+b_n$により定まる数列とする．$a,\ b,\ d,\ r$が全て正の整数で，$c_1=4$，$c_2=9$，$c_3=17$のとき，以下の設問に答えよ．

(1)$a,\ b,\ d,\ r$の値を求めよ．
(2)数列$\{c_n\}$の初項から第$n$項までの和を求めよ．

次の問に答えなさい．

(1)実数$x,\ y$に関する以下の命題で正しいものは証明し，誤っているものは反例をあげなさい．

(i) $x$と$y$が共に無理数であることは$x+y$が無理数であることの十分条件である．
(ii) $x$と$y$のいずれかが無理数であることは$x+y$が無理数であることの必要条件である．
(iii) $x$が有理数で$y$が無理数であることは$x+y$が無理数であることの十分条件である．

(2)数列$\{a_n\}$を$a_1=1,\ a_2=1,\ a_n=a_{n-2}+a_{n-1} (n=3,\ 4,\ 5,\ \cdots)$で定義する．このとき，すべての正の整数$n$に対して次の不等式が成り立つことを数学的帰納法を用いて証明しなさい．
\[ a_n< \left( \frac{7}{4} \right)^n \]

座標平面上で，$x$座標．$y$座標がともに整数である点を格子点という．$n$を正の整数として，変数$x,\ y$についての不等式
\[ |x|+|y|<n \]
の表す領域内にある格子点$(x,\ y)$の個数を$a_n$とする．以下の問いに答えなさい．

(1)$a_1,\ a_2,\ a_3$を求めなさい．
(2)$a_{n+1}-a_n$を$n$で表しなさい．
(3)$a_n$を求めなさい．

$n$を正の整数とし，$n^2+3$と$n+1$の最大公約数を$d_n$とおく．以下の問いに答えなさい．

(1)$d_1,\ d_2,\ d_3,\ d_4,\ d_5$を求めなさい．
(2)$(n^2+3)-(n-1)(n+1)=4$を用いて，$d_n$は$1,\ 2,\ 4$のいずれかであることを示しなさい．
(3)$\displaystyle \sum_{n=1}^{610} d_n$を求めなさい．
(4)次の極限値を求めなさい．
\[ \lim_{k \to \infty} \frac{1}{k} \sum_{n=1}^k d_n \]

$|a^2 - 2b^2|=1$をみたす整数$a,\ b$によって，$\left( \begin{array}{cc}
a & 2b \\
b & a
\end{array} \right)$と表される2次の正方行列全体の集合を$U$とする．このとき，$U$に属する行列$A=\left( \begin{array}{cc}
a & 2b \\
b & a
\end{array} \right)$に対して，$f(A)=a+\sqrt{2}b$とおく．次の問いに答えよ．

(1)二つの行列$A$と$B$が$U$に属するならば，積$AB$も$U$に属することを示し，さらに$f(AB)=f(A)f(B)$が成り立つことを示せ．
(2)$U$に属する行列$A=\left( \begin{array}{cc}
a & 2b \\
b & a
\end{array} \right)$について，$f(A) \geqq 1$ならば，$-1 \leqq a-\sqrt{2}b \leqq 1$が成り立つことを示せ．
(3)$U$に属する行列$A$について，$1 \leqq f(A) < 1+\sqrt{2}$ならば，$A=\left( \begin{array}{cc}
1 & 0 \\
0 & 1
\end{array} \right)$であることを示せ．
(4)$U$に属する行列$A$について，$1+\sqrt{2} \leqq f(A) < (1+\sqrt{2})^2$ならば，$A=\left( \begin{array}{cc}
1 & 2 \\
1 & 1
\end{array} \right)$であることを示せ．