$xy$平面上に，原点$\mathrm{O}$を中心とする半径$1$の円$C$と，点$(4,\ 3)$を中心とする半径$1$の円$D$がある．円$C$上に異なる$2$点$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$があり，円$D$上に点$\mathrm{P}$がある．$2$つの直線$\mathrm{AP}$，$\mathrm{BP}$は円$C$の接線とする．直線$\mathrm{AB}$と直線$\mathrm{OP}$の交点を$\mathrm{Q}$とするとき，以下の問いに答えよ．

(1)点$\mathrm{P}$の座標を$(5,\ 3)$とするとき，直線$\mathrm{AB}$の方程式を求めよ．
(2)$(1)$のとき，点$\mathrm{Q}$の座標を求めよ．
(3)点$\mathrm{P}$が円$D$の円周上を動くとき，点$\mathrm{Q}$の軌跡が点$\displaystyle \left( \frac{1}{6},\ \frac{1}{8} \right)$を中心とする半径$\displaystyle \frac{1}{24}$の円となることを示せ．

次の連立不等式で定まる座標平面上の領域$D$を考える．
\[ x^2+ (y-1)^2 \leqq 1, \quad x \geqq \frac{\sqrt{2}}{3} \]
直線$\ell$は原点を通り，$D$との共通部分が線分となるものとする．その線分の長さ$L$の最大値を求めよ．また，$L$が最大値をとるとき，$x$軸と$\ell$のなす角$\theta\ (0<\theta<\displaystyle\frac{\pi}{2})$の余弦$\cos \theta$を求めよ．

$xyz$空間内の平面$z=2$上に点Pがあり，平面$z=1$上に点Qがある．直線PQと$xy$平面の交点をRとする．

(1)P$(0,\ 0,\ 2)$とする．点Qが平面$z=1$上で点$(0,\ 0,\ 1)$を中心とする半径1の円周上を動くとき，点Rの軌跡の方程式を求めよ．
(2)平面$z=1$上に4点A$(1,\ 1,\ 1)$，B$(1,\ -1,\ 1)$，C$(-1,\ -1,\ 1)$，D$(-1,\ 1,\ 1)$をとる．点Pが平面$z=2$上で点$(0,\ 0,\ 2)$を中心とする半径1の円周上を動き，点Qが正方形ABCDの周上を動くとき，点Rが動きうる領域を$xy$平面上に図示し，その面積を求めよ．

$a>0$とする．$C_1$を曲線$\displaystyle x^2+\frac{y^2}{a^2}=1$，$C_2$を直線$y=2ax-3a$とする．このとき，以下の問いに答えよ．

(1)点Pが$C_1$上を動き，点Qが$C_2$上を動くとき，線分PQの長さの最小値を$f(a)$とする．$f(a)$を$a$を用いて表せ．
(2)極限値$\displaystyle\lim_{a \to \infty}f(a)$を求めよ．

$a$を正の定数とし，$xy$平面上の曲線$C$の方程式を$y=x^3-a^2x$とする．

(1)$C$上の点A$(t,\ t^3-a^2t)$における$C$の接線を$\ell$とする．$\ell$と$C$で囲まれた図形の面積$S(t)$を求めよ．ただし，$t$は0でないとする．
(2)$b$を実数とする．$C$の接線のうち$xy$平面上の点B$(2a,\ b)$を通るものの本数を求めよ．
(3)$C$の接線のうち点B$(2a,\ b)$を通るものが2本のみの場合を考え，それらの接線を$\ell_1,\ \ell_2$とする．ただし，$\ell_1$と$\ell_2$はどちらも原点$(0,\ 0)$を通らないとする．$\ell_1$と$C$で囲まれた図形の面積を$S_1$とし，$\ell_2$と$C$で囲まれた図形の面積を$S_2$とする．$S_1 \geqq S_2$として，$\displaystyle\frac{S_1}{S_2}$の値を求めよ．

四角形$\mathrm{ABCD}$は平行四辺形ではないとし，辺$\mathrm{AB}$，$\mathrm{BC}$，$\mathrm{CD}$，$\mathrm{DA}$の中点をそれぞれ$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$，$\mathrm{R}$，$\mathrm{S}$とする．

(1)線分$\mathrm{PR}$の中点$\mathrm{K}$と線分$\mathrm{QS}$の中点$\mathrm{L}$は一致することを示せ．
(2)線分$\mathrm{AC}$の中点$\mathrm{M}$と線分$\mathrm{BD}$の中点$\mathrm{N}$を結ぶ直線は点$\mathrm{K}$を通ることを示せ．

$a$を正の実数とし，$\displaystyle a \neq \frac{1}{2}$とする．曲線$C:y=x^2$上の$2$点$\mathrm{P} \left( \frac{1}{2},\ \frac{1}{4} \right)$と$\mathrm{Q}(a,\ a^2)$をとる．点$\mathrm{P}$を通り$\mathrm{P}$における$C$の接線と直交する直線を$\ell$とし，点$\mathrm{Q}$を通り$\mathrm{Q}$における$C$の接線と直交する直線を$m$とする．$\ell$と$m$の交点が$C$上にあるとき，以下の問いに答えよ．

(1)$a$の値を求めよ．
(2)$2$直線$\ell,\ m$と曲線$C$で囲まれた図形のうちで$y$軸の右側の部分の面積を求めよ．

$m$を実数とする．座標平面上で直線$y=x$に関する対称移動を表す$1$次変換を$f$とし，直線$y=mx$に関する対称移動を表す$1$次変換を$g$とする．以下の問いに答えよ．

(1)$1$次変換$g$を表す行列$A$を求めよ．
(2)合成関数$g \circ f$を表す行列$B$を求めよ．
(3)$B^3=\left(
\begin{array}{cc}
1 & 0 \\
0 & 1
\end{array}
\right)$となる$m$をすべて求めよ．

1個のさいころを3回続けて投げるとき，1回目に出る目を$\ell$，2回目に出る目を$m$，3回目に出る目を$n$で表すことにする．こ
のとき，以下の同いに答えよ．

(1)極限値
\[ \lim_{x \to -1} \frac{l x^2+mx+n}{x+1} \]
が存在する確率を求めよ．
(2)関数
\[ f(x) = \frac{l x^2+mx+n}{x+1} \]
が，$x > -1$の範囲で極値をとる確率を求めよ．

$xy$平面上に，点$(0,\ 1)$を通り，傾きが$k$の直線$\ell$がある．

(1)$xy$平面において，$\ell$に関して点P$(a,\ b)$と対称な点をQ$(s,\ t)$とする．このとき，$a,\ b,\ k$を用いて$s,\ t$を表せ．ただし，点P$(a,\ b)$は$\ell$上にないとする．
(2)$xy$平面において，$\ell$に関して原点O$(0,\ 0)$と対称な点をAとする．$k$が$-1 \leqq k \leqq 1$の範囲を動くとき，線分OAの長さの最大値と最小値を求めよ．
(3)$k$が$-1 \leqq k \leqq 1$の範囲を動くときの点Aの軌跡を$C$とする．$C$と直線$y=1$で囲まれた図形の面積を求めよ．