平行四辺形$\mathrm{ABCD}$において，辺$\mathrm{AB}$を$1:1$に内分する点を$\mathrm{E}$，辺$\mathrm{BC}$を$2:1$に内分する点を$\mathrm{F}$，辺$\mathrm{CD}$を$3:1$に内分する点を$\mathrm{G}$とする．線分$\mathrm{CE}$と線分$\mathrm{FG}$の交点を$\mathrm{P}$とし，線分$\mathrm{AP}$を延長した直線と辺$\mathrm{BC}$の交点を$\mathrm{Q}$とするとき，比$\mathrm{AP}:\mathrm{PQ}$を求めよ．

投げたとき表が出る確率と裏が出る確率が等しい硬貨を用意する．数直線上に石を置き，この硬貨を投げて表が出れば数直線上で原点に関して対称な点に石を移動し，裏が出れば数直線上で座標$1$の点に関して対称な点に石を移動する．

(1)石が座標$x$の点にあるとする．$2$回硬貨を投げたとき，石が座標$x$の点にある確率を求めよ．
(2)石が原点にあるとする．$n$を自然数とし，$2n$回硬貨を投げたとき，石が座標$2n-2$の点にある確率を求めよ．

平行四辺形$\mathrm{ABCD}$において，辺$\mathrm{AB}$を$1:1$に内分する点を$\mathrm{E}$，辺$\mathrm{BC}$を$2:1$に内分する点を$\mathrm{F}$，辺$\mathrm{CD}$を$3:1$に内分する点を$\mathrm{G}$とする．線分$\mathrm{CE}$と線分$\mathrm{FG}$の交点を$\mathrm{P}$とし，線分$\mathrm{AP}$を延長した直線と辺$\mathrm{BC}$の交点を$\mathrm{Q}$とするとき，比$\mathrm{AP}:\mathrm{PQ}$を求めよ．

投げたとき表が出る確率と裏が出る確率が等しい硬貨を用意する．数直線上に石を置き，この硬貨を投げて表が出れば数直線上で原点に関して対称な点に石を移動し，裏が出れば数直線上で座標$1$の点に関して対称な点に石を移動する．

(1)石が座標$x$の点にあるとする．$2$回硬貨を投げたとき，石が座標$x$の点にある確率を求めよ．
(2)石が原点にあるとする．$n$を自然数とし，$2n$回硬貨を投げたとき，石が座標$2n$の点にある確率を求めよ．

関数$f(x)=xe^{-x}$について，実数$a,\ b$は次の条件を満たすものとする．

$(\mathrm{A})$ $\displaystyle \int_0^1 f(x) \, dx=f(a) \quad (0<a<1),$
$(\mathrm{B})$ $f(1)-f(0)=f^\prime(b) \quad (0<b<1)$

また，点$(0,\ 0)$，$(a,\ e^a)$を通る直線を$\ell_1$とし，点$(1,\ 0)$，$(b,\ e^b)$を通る直線を$\ell_2$とする．

(1)$(\mathrm{A})$，$(\mathrm{B})$を利用して，$\ell_1,\ \ell_2$の方程式を$a,\ b$を用いずに表せ．
(2)$\ell_1$と$\ell_2$の交点を求めよ．さらに，曲線$y=e^x$上の点$(1,\ e)$における接線と直線$\ell_2$の交点を求めよ．
(3)次の不等式が成り立つことを示せ．
\[ a<\frac{e-2}{e-1}<b<\frac{1}{2} \]
ただし，必要ならば$e=2.718 \cdots,\ \log(e-1)=0.541 \cdots$を用いてよい．

$t$は$0 \leqq t \leqq 1$を満たす実数とする．放物線$y=x^2$，直線$x=1$，および$x$軸とで囲まれた図形を$A$，放物線$y=4(x-t)^2$と直線$y=1$とで囲まれた図形を$B$とする．$A$と$B$の共通部分の面積を$S(t)$とする．

(1)$S(t)$を求めよ．
(2)$0 \leqq t \leqq 1$における$S(t)$の最大値を求めよ．

$a$と$b$を正の実数とする．$\displaystyle y=a \cos x \ \left( 0 \leqq x \leqq \frac{\pi}{2} \right)$のグラフを$C_1$，$\displaystyle y=b \sin x \ \left( 0 \leqq x \leqq \frac{\pi}{2} \right)$のグラフを$C_2$とし，$C_1$と$C_2$の交点を$\mathrm{P}$とする．

(1)$\mathrm{P}$の$x$座標を$t$とする．このとき，$\sin t$および$\cos t$を$a$と$b$で表せ．
(2)$C_1,\ C_2$と$y$軸で囲まれた領域の面積$S$を$a$と$b$で表せ．
(3)$C_1,\ C_2$と直線$\displaystyle x=\frac{\pi}{2}$で囲まれた領域の面積を$T$とする．このとき，$T=2S$となるための条件を$a$と$b$で表せ．

座標平面上で，直線$y=x$に関する対称移動を$f$とし，実数$c$に対して，直線$y=cx$に関する対称移動を$g$とする．また，原点を中心とする$120^\circ$の回転移動を$h$とする．

(1)$f$を表す行列，および$h$を表す行列を求めよ．
(2)$g$を表す行列を求めよ．
(3)合成変換$f \circ g$が$h$になるように$c$の値を定めよ．

平面上に同じ点$\mathrm{O}$を中心とする半径$1$の円$C_1$と半径$2$の円$C_2$があり，$C_1$の周上に定点$\mathrm{A}$がある．点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$はそれぞれ$C_1$，$C_2$の周上を反時計回りに動き，ともに時間$t$の間に弧長$t$だけ進む．時刻$t=0$において，$\mathrm{P}$は$\mathrm{A}$の位置にあって$\mathrm{O}$，$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$はこの順に同一直線上に並んでいる．$0 \leqq t \leqq 4\pi$のとき$\triangle \mathrm{APQ}$の面積の$2$乗の最大値を求めよ．

$xy$平面において，点$(x_0,\ y_0)$と直線$ax+by+c=0$の距離は
\[ \frac{|ax_0+by_0+c|}{\sqrt{a^2+b^2}} \]
である．これを証明せよ．