$\triangle \mathrm{ABC}$の辺$\mathrm{AB}$上に点$\mathrm{R}$，辺$\mathrm{BC}$上に点$\mathrm{P}$，辺$\mathrm{CA}$上に点$\mathrm{Q}$を
\[ \mathrm{AR}:\mathrm{RB}=\mathrm{BP}:\mathrm{PC}=\mathrm{CQ}:\mathrm{QA}=2:1 \]
となるようにとる．線分$\mathrm{AP}$と線分$\mathrm{BQ}$の交点を$\mathrm{X}$，線分$\mathrm{BQ}$と線分$\mathrm{CR}$の交点を$\mathrm{Y}$，線分$\mathrm{CR}$と線分$\mathrm{AP}$の交点を$\mathrm{Z}$とする．

(1)$\overrightarrow{\mathrm{CA}}=\overrightarrow{a}$，$\overrightarrow{\mathrm{CB}}=\overrightarrow{b}$とおくとき，$\overrightarrow{\mathrm{AP}}$，$\overrightarrow{\mathrm{BQ}}$，$\overrightarrow{\mathrm{CR}}$を$\overrightarrow{a}$，$\overrightarrow{b}$で表せ．
(2)$\overrightarrow{\mathrm{AX}}=k \overrightarrow{\mathrm{AP}}$，$\overrightarrow{\mathrm{BX}}=\ell \overrightarrow{\mathrm{BQ}}$となる$k$，$\ell$の値を求めよ．
(3)線分の長さの比$\displaystyle \frac{\mathrm{CZ}}{\mathrm{CR}}$の値を求めよ．
(4)$\triangle \mathrm{ABC}$の面積を$S$，$\triangle \mathrm{XYZ}$の面積を$T$とするとき，$\displaystyle \frac{T}{S}$の値を求めよ．

点$\mathrm{H}$を中心，線分$\mathrm{BC}$を直径とする円を底面とし，点$\mathrm{O}$を頂点とする円錐を考える．ただし，線分$\mathrm{OH}$は底面に対して垂直であるとする．右側の図は円錐の表面の展開図の底面以外の部分である．左側の図のように底面に平行な平面で円錐を切断する．この切断面の円と母線$\mathrm{OB}$との交点を$\mathrm{A}$，母線$\mathrm{OC}$との交点を$\mathrm{D}$，直線$\mathrm{OH}$との交点を$\mathrm{G}$とする．さらに，線分$\mathrm{AB}$上に点$\mathrm{E}$をとる．左側の図で線分の長さが$\mathrm{AD}=2$，$\mathrm{BC}=8$，$\mathrm{GH}=6 \sqrt{2}$，$\mathrm{AE}=3$のとき，以下の問いに答えよ．

(1)線分$\mathrm{AB}$の長さを求めよ．
(2)線分$\mathrm{OA}$の長さと，この展開図の扇形の中心角$\theta$の大きさを求めよ．
(3)円錐の表面上で，底面を横切らずに，点$\mathrm{B}$から母線$\mathrm{OC}$上の点を経て点$\mathrm{E}$に至る最短距離を，この展開図を利用して求めよ．
(4)母線$\mathrm{OC}$と$(3)$の最短距離を与える線の交点を$\mathrm{P}$とする．線分$\mathrm{CP}$の長さを求めよ．
（図は省略）

座標平面上において直線$y=2x$を$\ell$とし，この直線$\ell$に関して対称な$2$点$\mathrm{P}(x,\ y)$，$\mathrm{Q}(u,\ v)$をとる．

(1)直線$\mathrm{PQ}$は直線$\ell$に垂直であるから
\[ v-y=\frac{[アイ]}{[ウ]} (u-x) \qquad \cdots\cdots① \]
が成り立つ．
(2)点$\mathrm{P}$と点$\mathrm{Q}$の中点は直線$\ell$上にあるから
\[ v+y=[エ](u+x) \qquad \cdots\cdots② \]
が成り立つ．
(3)等式$①$と$②$より，$x,\ y$と$u,\ v$の間に関係
\[ \left( \begin{array}{c}
u \\
v
\end{array} \right)=\frac{1}{[オ]} \left( \begin{array}{cc}
[カキ] & [ク] \\
[ケ] & [コ]
\end{array} \right) \left( \begin{array}{c}
x \\
y
\end{array} \right) \qquad \cdots\cdots③ \]
が成り立つ．
(4)$1$次変換$③$を表す行列を$A$とすると，
\[ A^2=\left( \begin{array}{cc}
[サ] & [シ] \\
[ス] & [セ]
\end{array} \right),\quad A^{-1}=\frac{1}{[ソ]} \left( \begin{array}{cc}
[タチ] & [ツ] \\
[テ] & [ト]
\end{array} \right) \]
である．

図において，$\triangle \mathrm{ABC}$は半径$1$の円$\mathrm{O}$に内接している．直線$\mathrm{PA}$，$\mathrm{PB}$は円$\mathrm{O}$の接線で，$\angle \mathrm{APB}=60^\circ$，$\angle \mathrm{ABC}=45^\circ$である．このとき，
（図は省略）

(1)$\angle \mathrm{BAP}=[ケコ]^\circ$である．
(2)$\angle \mathrm{BCA}=[サシ]^\circ$，$\angle \mathrm{AOB}=[スセソ]^\circ$である．

(3)$\triangle \mathrm{OAB}$の面積は$\displaystyle \frac{\sqrt{[タ]}}{[チ]}$である．

(4)$\triangle \mathrm{ABC}$の面積は$\displaystyle \frac{[ツ]+\sqrt{[テ]}}{[ト]}$である．

曲線$y=x^2$上の点$\mathrm{P}(t,\ t^2)$から直線$y=x$へ垂線を引き，その交点を$\mathrm{H}$とする．ただし，$t>1$とする．

(1)点$\mathrm{H}$の座標を$t$を用いて表しなさい．
(2)範囲$x \geqq 1$において，曲線$y=x^2$と直線$y=x$および線分$\mathrm{PH}$とで囲まれた図形の面積を$S_1$とする．このとき，$S_1$を$t$を用いて表しなさい．
(3)曲線$y=x^2$と直線$y=x$で囲まれた図形の面積を$S_2$とする．$S_1=S_2$であるとき，$t$の値を求めなさい．ただし，$S_1$は$(2)$と同じとする．

$a$を正の定数とする．座標平面上において，曲線$\displaystyle y=\frac{2}{\sqrt{x}} \cdots\cdots①$上の点$\displaystyle \mathrm{A}(a,\ \frac{2}{\sqrt{a}})$における接線を$\ell$とする．

(1)接線$\ell$の方程式は$\displaystyle y=-\frac{[ア]}{a \sqrt{a}}x+\frac{[イ]}{\sqrt{a}}$と表される．
(2)接線$\ell$が点$(2,\ 1)$を通るとすると，$a$は条件$a \sqrt{a}=[ウ]a-[エ]$を満たす．これより$a=[オ]$，$[カ]+[キ] \sqrt{[ク]}$である．
(3)$a=[オ]$のとき，接点$\mathrm{A}$の$y$座標は$[ケ]$であり，接線$\ell$の傾きは$[コサ]$である．このとき，曲線$①$と接線$\ell$および直線$x=2$によって囲まれた図形の面積は$\displaystyle \frac{[シ] \sqrt{[ス]}-[セソ]}{[タ]}$である．

関数$f(x)=|x(x+2)|$のグラフを$C$とする．次の$[　]$をうめよ．

(1)$k$を定数とし，直線$y=x+k$を$\ell$とする．$C$と$\ell$が共有点を持たないのは，$k$の値が$[$①$]$の範囲のときである．共有点が$1$個であるのは，$k$の値が$[$②$]$のときである．共有点が$2$個であるのは，$k$の値が$[$③$]$の範囲のときであり，共有点が$3$個であるのは，$k$の値が$[$④$]$のときであり，共有点が$4$個であるのは，$k$の値が$[$⑤$]$の範囲のときである．
(2)$C$と直線$y=1$とで囲まれる部分の面積を$S$とするとき，$S$の値は$S=[$⑥$](\sqrt{2}-1)$である．

次の$[　]$をうめよ．

(1)$y=|\abs{x-2|+2x-3}$のとき，$y$を絶対値を用いずに$x$で表すと
\[ \begin{array}{cll}
x \leqq [$①$] & \text{のとき} & y=[$②$] \\
[$①$]<x \leqq [$③$] & \text{のとき} & y=[$④$] \\
[$③$]<x & \text{のとき} & y=[$⑤$]
\end{array} \]
となる．
(2)$y=|\abs{x-2|+2x-3}$のグラフと直線$y=4$とは$x=[$⑥$]$および$x=[$④chi$]$（ただし，$[$⑥$]<[$④chi$]$とする）で交わる．また，$y=|\abs{x-2|+2x-3}$のグラフと直線$y=4$とで囲まれた図形の面積は$[$\maruhachi$]$である．

次の$[　]$を数値でうめよ．

放物線$y=ax^2+bx+c$の頂点の$x$座標は$\displaystyle \frac{11}{12}$であり，この放物線は$x$座標が$1$の点で直線$\displaystyle y=\frac{x}{3}+1$に接している．このとき，$a=[$①$]$，$b=[$②$]$，$c=[$③$]$である．この$a,\ b,\ c$に対し，$f(x)$を
\[ f(x)=\left\{ \begin{array}{lll}
ax^2+bx+c & & x \leqq 1 \\ \\
\displaystyle \frac{x}{3}+1 & & x>1
\end{array} \right. \]
と定め
\[ F(t)=\int_t^{t+1} f(x) \, dx \]
とおく．このとき，$F(t)$は$0 \leqq t \leqq 1$である$t$に対し
\[ F(t)=[$④$]t^3+[$⑤$]t^2-[$⑥$]t+\frac{11}{6} \]
と表される．$t$が$0 \leqq t \leqq 1$の範囲を動くとき，$F(t)$の値が最小になるのは$t=[$④chi$]$のときである．

$r$を正の定数とするとき，次の各問に答えよ．

(1)直線$x+y=3$と円$x^2+y^2=r^2$が共有点をもつような$r$の範囲を求めよ．
(2)直線$x+y=3$と円$x^2+y^2=r^2$が共有点$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$をもち，$\mathrm{AB}=1$となる$r$の値を求めよ．
(3)実数$x,\ y$が不等式$x+y \geqq 3$を満たすとき，$x^2+y^2+2x+2y$の最小値を求めよ．