$xy$平面において$y=x^2$で表される放物線を$C$とする．$C$上の点$\mathrm{T}(t,\ t^2)$を通る直線で，点$\mathrm{T}$における$C$の接線と直交するものを，点$\mathrm{T}$における$C$への垂線と呼ぶことにする．以下の問に答えなさい．

(1)点$\mathrm{T}(t,\ t^2)$における$C$への垂線の方程式を求めなさい．
(2)点$\displaystyle \mathrm{A} \left( -12,\ \frac{15}{2} \right)$からひいた$C$への垂線の方程式をすべて求めなさい．
(3)$xy$平面上の点$\mathrm{B}(p,\ q)$から$C$への垂線が$3$本ひけるとき，$p,\ q$が満たすべき必要十分条件を求めなさい．

$2$次方程式$x^2+ax+b=0$は$2$つの複素数解$\alpha+i \beta$と$\alpha-i \beta$を持ち，$\alpha$と$\beta$は実数で，$\beta>0$とする．ただし，$i$は虚数単位である．次の問に答えなさい．

(1)$\alpha$と$\beta$を$a$と$b$を用いて表しなさい．
(2)$\alpha=\beta$であるとき，$2$次関数$y=x^2+ax+b$のグラフと，この放物線の軸，$x$軸，$y$軸とで囲まれる部分の面積を$\alpha$を用いて表しなさい．

$\displaystyle f(x)=x^3-3ax^2-3bx+c,\ H(x)=\int f(x) \, dx$とおく．また，方程式$f^\prime(x)=0$は異なる解を持ち，$x=-1$はその$1$つの解とする．次の問に答えなさい．

(1)$f^\prime(x)=0$を満たすもう$1$つの解を$a$を用いて表しなさい．
(2)$\displaystyle a \leqq -\frac{1}{2}$のとき，$H(x)$の値が$x>0$でつねに増加するための$c$の値の範囲を求めなさい．
(3)$\displaystyle a>-\frac{1}{2}$のとき，$H(x)$の値が$x>0$でつねに増加するための$c$の値の範囲を求めなさい．

次の空欄$[サ]$から$[ト]$にあてはまる数や式を書きなさい．

$x$-$y$平面上の$3$点$\mathrm{P}(-1,\ 0)$，$\mathrm{Q}(0,\ 1)$，$\mathrm{R}(2,\ 0)$を通る$2$次曲線$C$を考える．$C$が方程式
\[ y=ax^2+bx+c \quad (a,\ b,\ c \text{は定数}) \]
で与えられるとすると，$C$は点$\mathrm{Q}$を通るから$c=[サ]$である．また$C$は点$\mathrm{P}$を通るから$[シ]=0$であり，点$\mathrm{R}$を通るから$[ス]=0$である．これより，$a=[セ]$，$b=[ソ]$となる．
この$2$次曲線$C$の頂点の座標は$\displaystyle \left( [タ],\ [チ] \right)$である．また，第$1$象限において$C$と$x$軸と$y$軸が囲む面積$S$は，
\[ S=\int_{[テ]}^{[ツ]} (ax^2+bx+c) \, dx \]
で与えられるから，$S=[ト]$となる．

$2$つの曲線$C_1:y=x \log x$，$C_2:y=2x \log x$について，次の問いに答えよ．ただし，$x>0$である．

(1)$C_1$と$C_2$に共通する接線$\ell$の方程式を求めよ．
(2)$C_1,\ C_2$および$\ell$で囲まれた部分の面積$S$を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)$n$は$0$または正の整数とする．$\comb{n}{0}+3 \cdot \comb{n}{1}+3^2 \cdot \comb{n}{2}+\cdots +3^n \cdot \comb{n}{n}=4^n$を示せ．
(2)$3$次方程式$x^3-x^2+2x-1=0$の実数解は無理数であることを，背理法を用いて示せ．

$A=\left( \begin{array}{cc}
a & 1 \\
1 & a
\end{array} \right),\ B=\left( \begin{array}{cc}
1 & a \\
a & 1
\end{array} \right)$について$C=AB$と定め，行列$C$の表す$1$次変換（移動）を$f$とする．ただし，$B \neq E$（単位行列），$a$は実数とする．

(1)行列の積$C=AB$を計算せよ．
(2)$1$次変換$f$によって，点$(0,\ 1)$を通る直線$\ell$上のすべての点がすべてその直線$\ell$上に移るとき，$a$の値と直線$\ell$の方程式を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)$f(x)=x^2+bx+c$，$g(x)=x^2+(b+2)x+c$とする．$f(2011)=0$かつ$g(2010)=-1$のとき，$b$と$c$の値を求めよ．
(2)方程式$3^{2x}-2 \cdot 3^{x+1}=27$を解け．
(3)$\displaystyle \sin \alpha=\frac{1}{3},\ \cos \beta=-\frac{1}{2}$のとき，$\sin (\alpha+\beta)$，$\cos (\alpha-\beta)$，$\tan (\alpha-\beta)$の値を求めよ．ただし，$\displaystyle 0<\alpha<\frac{\pi}{2}$，$\displaystyle \frac{\pi}{2}<\beta<\pi$とする．
(4)多項式$P(x)$を$(x-5)$，$(x-7)$で割った余りがそれぞれ$3,\ 4$である．このとき，$P(x)$を$(x-5)(x-7)$で割った余りを求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)次の$3$点$(-2,\ 16)$，$(1,\ 1)$，$(5,\ 9)$を通る放物線$C$をグラフとする$2$次関数を求めよ．
(2)点$\mathrm{A}(4,\ 0)$と放物線$C$上を動く点$\mathrm{P}$がある．このとき，線分$\mathrm{AP}$を$2:1$に外分する点$\mathrm{Q}$の軌跡の方程式を求めよ．
(3)点$\mathrm{Q}$の軌跡が描く曲線$D$と放物線$C$で囲まれる部分の面積を求めよ．

$2$次方程式$x^2+ax+b=0$は$2$つの複素数解$\alpha+i \beta$と$\alpha-i \beta$を持ち，$\alpha$と$\beta$は実数で，$\beta>0$とする．ただし，$i$は虚数単位である．次の問に答えなさい．

(1)$\alpha$と$\beta$を$a$と$b$を用いて表しなさい．
(2)$\alpha=\beta$であるとき，$2$次関数$y=x^2+ax+b$のグラフと，この放物線の軸，$x$軸，$y$軸とで囲まれる部分の面積を$\alpha$を用いて表しなさい．