$xy$平面上の楕円$4x^2+9y^2=36$を$C$とする．

(1)直線$y=ax+b$が楕円$C$に接するための条件を$a$と$b$の式で表せ．
(2)楕円$C$の外部の点$\mathrm{P}$から$C$に引いた$2$本の接線が直交するような点$\mathrm{P}$の軌跡を求めよ．

$t$を実数とし，点Pの座標を$(t,\ -t^2)$とする．点Pと直線$\ell_1:2x+y+3=0$の距離を$d_1$とし，点Pと直線$\ell_2:2x-y+4=0$の距離を$d_2$とする．また，$d=d_1+d_2$とおく．

(1)$t=2$のとき，$d$の値を求めなさい．
(2)点Pが直線$\ell_1$上またはその上側にあるための$t$の条件を求めなさい．
(3)$\displaystyle d=\frac{13}{\sqrt{5}}$となる$t$の値を求めなさい．

$t$を実数とし，点$\mathrm{P}$の座標を$(t,\ -t^2)$とする．点Pと直線$\ell_1:2x+y+3=0$の距離を$d_1$とし，点$\mathrm{P}$と直線$\ell_2:2x-y+4=0$の距離を$d_2$とする．また，$d=d_1+d_2$とおく．

(1)$t=2$のとき，$d$の値を求めなさい．
(2)点$\mathrm{P}$が直線$\ell_1$上またはその上側にあるための$t$の条件を求めなさい．
(3)$(2)$のとき，$d$の最小値とそのときの$t$の値を求めなさい．

$t$を実数とし，点Pの座標を$(t,\ -t^2)$とする．点Pと直線$\ell_1:2x+y+3=0$の距離を$d_1$とし，点Pと直線$\ell_2:2x-y+4=0$の距離を$d_2$とする．また，$d=d_1+d_2$とおく．

(1)$t=2$のとき，$d$の値を求めなさい．
(2)点Pが直線$\ell_1$上またはその上側にあるための$t$の条件を求めなさい．
(3)$d$の最小値とそのときの$t$の値を求めなさい．

行列$A=\biggl( \begin{array}{cc}
0 & x \\
y & z
\end{array} \biggr),\ B=\biggl( \begin{array}{cc}
0 & w \\
w & 0
\end{array} \biggr)$は次の条件(ア)，(イ)を満たしているとする．

\mon[(ア)] $A^2+A+E=O$
\mon[(イ)] $B^2=E$

ただし，$E=\biggl( \begin{array}{cc}
1 & 0 \\
0 & 1
\end{array} \biggr),\ O=\biggl( \begin{array}{cc}
0 & 0 \\
0 & 0
\end{array} \biggr)$である．

(1)$x,\ y,\ z,\ w$がすべて整数で$x < yw$を満たすとき，$x,\ y,\ z,\ w$を求めよ．
(2)(1)で求めた$x,\ y,\ z,\ w$に対して，ベクトル$\biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr) \ (n=0,\ 1,\ 2,\ \cdots)$を次のように定める．
\begin{itemize}
$\biggl( \begin{array}{c}
p_0 \\
q_0
\end{array} \biggr) = \biggl( \begin{array}{c}
1 \\
1
\end{array} \biggr)$
$\biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)$が決まったとき，硬貨を投げて表が出れば$\biggl( \begin{array}{c}
p_{n+1} \\
q_{n+1}
\end{array} \biggr)=A \biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)$，裏が出れば$\biggl( \begin{array}{c}
p_{n+1} \\
q_{n+1}
\end{array} \biggr)=B \biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)$とする．
\end{itemize}
このとき，$\biggl( \begin{array}{c}
p_3 \\
q_3
\end{array} \biggr)=\biggl( \begin{array}{c}
1 \\
1
\end{array} \biggr)$となる確率を求めよ．

行列$A=\biggl( \begin{array}{cc}
0 & x \\
y & z
\end{array} \biggr),\ B=\biggl( \begin{array}{cc}
0 & w \\
w & 0
\end{array} \biggr)$は次の条件(ア)，(イ)を満たしているとする．

\mon[(ア)] $A^2+A+E=O$
\mon[(イ)] $B^2=E$

ただし，$E=\biggl( \begin{array}{cc}
1 & 0 \\
0 & 1
\end{array} \biggr),\ O=\biggl( \begin{array}{cc}
0 & 0 \\
0 & 0
\end{array} \biggr)$である．

(1)$x,\ y,\ z,\ w$がすべて整数で$x < yw$を満たすとき，$x,\ y,\ z,\ w$を求めよ．
(2)(1)で求めた$x,\ y,\ z,\ w$に対して，ベクトル$\biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr) \ (n=0,\ 1,\ 2,\ \cdots)$を次のように定める．
\begin{itemize}
$\biggl( \begin{array}{c}
p_0 \\
q_0
\end{array} \biggr) = \biggl( \begin{array}{c}
1 \\
1
\end{array} \biggr)$
$\biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)$が決まったとき，硬貨を投げて表が出れば$\biggl( \begin{array}{c}
p_{n+1} \\
q_{n+1}
\end{array} \biggr)=A \biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)$，裏が出れば$\biggl( \begin{array}{c}
p_{n+1} \\
q_{n+1}
\end{array} \biggr)=B \biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)$とする．
\end{itemize}


\mon[(a)] $\biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)$は$\biggl( \begin{array}{c}
1 \\
1
\end{array} \biggr),\ \biggl( \begin{array}{c}
-1 \\
0
\end{array} \biggr),\ \biggl( \begin{array}{c}
0 \\
-1
\end{array} \biggr)$のいずれかであることを示せ．
\mon[(b)] $\biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)=\biggl( \begin{array}{c}
1 \\
1
\end{array} \biggr)$となる確率を$X_n$，$\biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)=\biggl( \begin{array}{c}
-1 \\
0
\end{array} \biggr)$となる確率を$Y_n$，$\biggl( \begin{array}{c}
p_n \\
q_n
\end{array} \biggr)=\biggl( \begin{array}{c}
0 \\
-1
\end{array} \biggr)$となる確率を$Z_n$とするとき，$X_{n+1},\ Y_{n+1},\ Z_{n+1}$をそれぞれ$Y_n$を用いて表せ．また，$X_n$を$n$を用いて表せ．

$3$次関数$f(x)=x^3+ax^2+b$について，曲線$y=f(x)$上の点$\mathrm{P}(t,\ f(t))$における曲線の接線を$\ell_t$とする．

(1)$\ell_t$の方程式を求めよ．
(2)$\ell_t$が原点を通るような$t$の値がただ$1$つに定まるための$a,\ b$の条件を求めよ．
(3)$a,\ b$が(2)の条件を満たすとき，点$(a,\ b)$が存在する領域を図示せよ．

2次の正方行列$A$で表される1次変換を$f$とする．Oを原点とする座標平面上に，異なる2点P$(x_1,\ y_1)$，Q$(x_2,\ y_2)$があって，次の2つの条件を満たす．

条件1：1次変換$f$により，点Pは点$(-2x_2,\ -2y_2)$に移る．
条件2：合成変換$f \circ f$により，点Qは点$(4x_1,\ 4y_1)$に移る．


(1)行列$A^3$で表される1次変換により，点Pは点$(-8x_1,\ -8y_1)$に，点Qは点$(-8x_2,\ -8y_2)$に移ることを示せ．
(2)3点O，P，Qは同一直線上にないことを示し，$x_1y_2-x_2y_1 \neq 0$を示せ．
(3)$A^3=-8E$を示せ．ただし，$E$は2次の単位行列である．

関数$f(x)=(x^2+\alpha x+\beta)e^{-x}$について，下の問いに答えよ．ただし，$\alpha,\ \beta$は定数とする．

(1)$f^\prime(x)$および$f^{\prime\prime}(x)$を求めよ．
(2)$f(x)$が$x=1$で極値をとるための$\alpha,\ \beta$の条件を求めよ．
(3)$f(x)$が$x=1$で極値をとり，さらに点$(4,\ f(4))$が曲線$y=f(x)$の変曲点となるように$\alpha,\ \beta$の値を定め，関数$y=f(x)$の極値と，その曲線の変曲点をすべて求めよ．

以下では，実数を成分にもつ行列を考える．

(1)$A=\left( \begin{array}{cc}
a & b \\
0 & d
\end{array} \right)$とする．

(i) $a>0,\ d \geqq 0$または$a \geqq 0,\ d>0$のとき，$X^2=A$を満たす行列$X$を1つ求めよ．
(ii) $a<0$または$d<0$のとき，$X^2=A$を満たす行列$X$が存在するための必要十分条件を$a,\ b,\ d$を用いて表せ．また，この条件が成り立つとき，$X^2=A$を満たす行列$X$を1つ求めよ．
(iii) $a=d=0,\ b \neq 0$のとき，$X^2=A$を満たす行列$X$は存在しないことを示せ．

(2)$B=\left( \begin{array}{cc}
p & q \\
r & s
\end{array} \right),\ B^2=\left( \begin{array}{cc}
0 & 0 \\
0 & 0
\end{array} \right)$とする．

(i) $p+s=0,\ ps-qr=0$となることを示せ．
(ii) $B \neq \left( \begin{array}{cc}
0 & 0 \\
0 & 0
\end{array} \right)$のとき，$X^2=B$を満たす行列$X$は存在しないことを示せ．