$2$次関数：$y=4x^2+2$と直線：$y=4x+k$について，以下の各問に答えよ．

(1)この$2$次関数と直線がただ一つの共有点をもつときの$k$の値を求めよ．
(2)$k=3$のとき，この$2$次関数と直線の共有点の$x$座標を求めよ．

$xy$平面上に円$C:x^2+y^2+8x-6y+16=0$と直線$\ell:-3x-4y+12=0$がある．このとき，以下の各問に答えよ．

(1)円$C$の中心の座標と半径を求めよ．
(2)円$D$は直線$\ell$に接し，円$C$と外接している．また，その中心の$y$座標が円$C$の中心の$y$座標に等しい．円$D$の中心の座標と半径を求めよ．

以下の各問に答えよ．

(1)製品が$50$個あり，そのうち$5$個が不良品である．この$50$個の中から$2$個を同時に取り出す検査で，不良品が見つかる確率を求めよ．
(2)平行四辺形$\mathrm{ABCD}$の辺$\mathrm{AB}$の中点を$\mathrm{E}$とする．また，$\triangle \mathrm{BCD}$の重心を$\mathrm{G}$とし，直線$\mathrm{DG}$と辺$\mathrm{BC}$との交点を$\mathrm{F}$とする．$\mathrm{EF}=9$のとき，線分$\mathrm{AG}$の長さを求めよ．
(3)下の図において，直線$\ell$は$2$つの円$\mathrm{O}$，$\mathrm{O}^\prime$の共通接線で，$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$は接点である．円$\mathrm{O}$の半径を$5$，円$\mathrm{O}^\prime$の半径を$3$とし，$\mathrm{O}$，$\mathrm{O}^\prime$間の距離を$10$とするとき，線分$\mathrm{AB}$の長さを求めよ．
（図は省略）

$2$点$\mathrm{A}(x,\ y)$，$\mathrm{B}(X,\ Y)$が原点$\mathrm{O}$を通る同一直線上にある．$\mathrm{OA} \cdot \mathrm{OB}=4$を満たし，$\mathrm{A}$と$\mathrm{B}$は原点$\mathrm{O}$に対し反対側にある．次の問いに答えよ．

(1)点$\mathrm{A}(x,\ y)$を$X$と$Y$を用いて表せ．
(2)点$\mathrm{A}$が直線$y=-2x-2$上を動くとき，

(i) 点$\mathrm{B}$の軌跡，
(ii) $\displaystyle\frac{\mathrm{OB}}{\mathrm{AB}}$が最大となる点$\mathrm{A}$および点$\mathrm{B}$の座標

を求めよ．

点$\displaystyle \mathrm{A} \left( -1,\ \frac{1}{2} \right)$および放物線$\displaystyle C:y=\frac{x^2}{2}$を考える．点$\mathrm{A}$を通る傾き$m$の直線を$\ell$とする．ただし，$m$は正である．次の問いに答えよ．

(1)$C$と$\ell$の交点の座標を$m$で表せ．
(2)第$2$象限において$C$，$\ell$および$x$軸で囲まれる図形の面積$S(m)$を求めよ．
(3)$C$と$\ell$で囲まれた図形の面積を$T(m)$とする．$\displaystyle \frac{T(m)}{mS(m)}=18$となる$m$に対し，$\displaystyle \frac{n}{10}<m<\frac{n+1}{10}$を満たす自然数$n$を求めよ．

点$\displaystyle \mathrm{A} \left( -1,\ \frac{1}{2} \right)$および放物線$\displaystyle C:y=\frac{x^2}{2}$を考える．点$\mathrm{A}$を通る傾き$m$の直線を$\ell$とする．ただし，$m$は正である．次の問いに答えよ．

(1)$C$と$\ell$の交点の座標を$m$で表せ．
(2)第$2$象限において$C$，$\ell$および$x$軸で囲まれる図形の面積$S(m)$を求めよ．
(3)$C$と$\ell$で囲まれた図形の面積を$T(m)$とする．$\displaystyle \frac{T(m)}{mS(m)}=18$となる$m$に対し，$\displaystyle \frac{n}{10}<m<\frac{n+1}{10}$を満たす自然数$n$を求めよ．

三角形$\mathrm{ABC}$の重心を$\mathrm{G}$，内心を$\mathrm{I}$とし，$\mathrm{BC}=a$，$\mathrm{CA}=b$，$\mathrm{AB}=c$とする．また直線$\mathrm{AI}$が辺$\mathrm{BC}$と交わる点を$\mathrm{D}$とする．

(1)線分$\mathrm{BD}$の長さを$a,\ b,\ c$を用いて表せ．
(2)比$\mathrm{AI}:\mathrm{ID}$を$a,\ b,\ c$を用いて表せ．
今後，$a+b+c=1$とし，三角形$\mathrm{BGC}$の面積を$S$，三角形$\mathrm{BIC}$の面積を$T$とおく．
(3)$\displaystyle \frac{T}{S}$を$a$を用いて表せ．
(4)$b<a<c$とするとき，$\displaystyle \frac{T}{S}$のとりうる値の範囲を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)次の不定積分を求めよ．

\mon[$①$] $\displaystyle \int t \sin t \, dt$
\mon[$②$] $\displaystyle \int t^2 \cos t \, dt$

座標平面の原点を$\mathrm{O}$とする．点$\mathrm{A}(0,\ 1)$を中心とし半径$1$の円$C$上の$x \geqq 0$の範囲にある点$\mathrm{P}(x_p,\ y_p)$に対して，線分$\mathrm{OP}$と$x$軸の正の部分とのなす角を$\displaystyle \theta \left( 0 \leqq \theta \leqq \frac{\pi}{2} \right)$とする．また，$\mathrm{P}$における$C$の接線上に点$\mathrm{Q}(x_q,\ y_q)$を次の条件をみたすようにとる．
\begin{itemize}
$y_q \leqq y_p$
線分$\mathrm{PQ}$の長さは，$C$上の弧$\mathrm{OP}$（ただし弧全体が$x \geqq 0$に存在する方）の長さに等しい
$\mathrm{P}$の座標が$(0,\ 2)$のときは$x_q=\pi$となるように$\mathrm{Q}$をとる
$\mathrm{P}$が$\mathrm{O}$と一致する場合は$\mathrm{Q}$も$\mathrm{O}$とし，$\theta=0$とする
\end{itemize}
(2)$\mathrm{P}$の座標を$\theta$を用いて表せ．
(3)$\mathrm{Q}$の座標を$\theta$を用いて表せ．
(4)$\mathrm{P}$が$\displaystyle 0 \leqq \theta \leqq \frac{\pi}{2}$の範囲を動くとき，$y_q$の最大値と最小値を求めよ．
(5)$\mathrm{P}$が$\displaystyle 0 \leqq \theta \leqq \frac{\pi}{2}$の範囲を動くとき，$\mathrm{Q}$の描く曲線と$y$軸および直線$y=2$で囲まれる部分の面積を求めよ．

次の問いに答えなさい．

(1)平面上で，互いに平行な$5$本の直線とこれらに直交する$6$本の直線について，互いに隣り合う平行線どうしの間の距離がすべて等しく，その距離を$d (d>0)$とするとき，これらの平行線を使ってできるすべての長方形の個数を求めなさい．また，これら長方形のうち，正方形でない長方形の個数を求めなさい．
(2)$\log_{10}2<0.31$が成り立つことを示しなさい．

ともに目盛りのない$3 \, \ell$の容器$\mathrm{A}$と$5 \, \ell$の容器$\mathrm{B}$を一つずつ用いるとき，次の問いに答えなさい．

(1)$4 \, \ell$の水を量る手順を，次の例にならって説明しなさい．
（例）$\mathrm{A}$に$3 \, \ell$，$\mathrm{B}$に$0 \, \ell$の水が入っている状態を$\mathrm{AB}(3,\ 0)$で表す．また，はじめに$\mathrm{A}$に$3 \, \ell$の水を入れ，次に，$\mathrm{B}$に$5 \, \ell$の水を入れていくとき，
\[ \mathrm{AB}(0,\ 0) \to \mathrm{AB}(3,\ 0) \to \mathrm{AB}(3,\ 5) \]
のように表すものとする．
(2)$n \, \ell$以上の水が量れることを，数学的帰納法を用いて証明しなさい．ただし，$n$は$9$以上の自然数とする．