$x$の$2$次関数$y=x^2-(2a^2-4a)x+a^4-4a^3+3a^2+1$のグラフについて，次の問いに答えよ．ただし，$a$は$0<a<2$を満たす実数とする．

(1)頂点の座標を求めよ．
(2)頂点が直線$y=-x$上にあるような$a$の値を求めよ．
(3)原点と頂点を通る直線の傾きの絶対値が$1$以上となるような$a$の値の範囲を求めよ．

$a$を負の定数とし，放物線$y=a(x+1)(x-3)$を$C$とする．$C$上の点$\mathrm{P}(2,\ -3a)$における$C$の接線$\ell$と$x$軸との交点を$\mathrm{A}$とするとき，次の問いに答えよ．ただし，$\mathrm{O}$は原点を表す．

(1)直線$\ell$の方程式と点$\mathrm{A}$の座標を求めよ．
(2)三角形$\mathrm{OAP}$の面積が$\displaystyle \frac{7}{4}$であるとき，$a$の値を求めよ．
(3)$(2)$の$a$に対し，線分$\mathrm{OP}$，$y$軸および放物線$C$で囲まれた図形の面積$S$を求めよ．

曲線$C:y=-5x^3+21x$と直線$\ell:y=x$の交点のうち$x$座標が正である点を$\mathrm{A}$とする．このとき，次の問いに答えよ．

(1)点$\mathrm{A}$の座標を求めよ．
(2)$C$上の点$\mathrm{P}$の$x$座標を$t$とするとき，$\triangle \mathrm{OAP}$の面積$S$を$t$の式で表せ．ただし，$0<t<2$とする．
(3)$0<t<2$とするとき，$(2)$で求めた$S$の最大値とそのときの$t$の値を求めよ．

$a$を定数とする．直線$\ell:y=6ax$，曲線$C:y=|3x^2-6x|$について，次の問いに答えよ．

(1)$\ell$と$C$の共有点が$3$個になるような$a$の範囲を求めよ．
(2)$\displaystyle a=\frac{1}{2}$とし，$\ell$と$C$の共有点の$x$座標を小さい順に$x_1,\ x_2,\ x_3$とする．このとき，$\ell$と$C$で囲まれた部分のうち$x$座標が$x_2$以上の部分の面積を求めよ．

直線$\ell:y=2x+1$と$2$点$\mathrm{A}(1,\ 2)$，$\mathrm{B}(4,\ 1)$がある．

(1)直線$\ell$上にあり，$2$点$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$から等距離にある点$\mathrm{C}$の座標を求めよ．
(2)点$\mathrm{C}$を中心として，線分$\mathrm{AB}$に接する円の方程式を求めよ．

$2$つの放物線$C_1:y=x^2-3$，$C_2:y=x^2-6x+9$と，$C_1$，$C_2$の両方に接する直線$\ell$について次の問に答えよ．

(1)$C_1$と$C_2$との交点の座標は$([$42$],\ [$43$])$である．
(2)$C_1$と$\ell$との接点の座標は$\displaystyle \left( \frac{[$44$]}{[$45$]},\ -\frac{[$46$][$47$]}{[$48$]} \right)$であり，$C_2$と$\ell$との接点の座標は$\displaystyle \left( \frac{[$49$]}{[$50$]},\ \frac{[$51$]}{[$52$]} \right)$である．
(3)$C_1$と$C_2$および$\ell$とで囲まれた部分の面積は$\displaystyle \frac{[$53$]}{[$54$]}$である．

空間内の$2$点$(-1,\ 3,\ -2)$，$(-3,\ 2,\ -1)$を通る直線$\ell$がある．$x$軸上の点$\mathrm{P}$と$\ell$上の点$\mathrm{Q}$との距離が最小になるときの$\mathrm{P}$の座標は$(-[$55$],\ 0,\ 0)$，$\mathrm{Q}$の座標は$\displaystyle \left(-[$56$],\ \frac{[$57$]}{[$58$]},\ \frac{[$59$]}{[$60$]} \right)$であり，その距離の最小値は$\displaystyle \frac{\sqrt{[$61$]}}{[$62$]}$である．

$e$を自然対数の底とする．関数$y=xe^{2x}$のグラフを曲線$C$とおき，点$(1,\ e^2)$における$C$の接線を$\ell$とする．次の各問に答えよ．

(1)$\ell$の方程式は$y=e^2([ア]x-[イ])$である．

(2)$\displaystyle \int_0^1 e^{2x} \, dx=\frac{e^2-[ウ]}{[エ]}$である．また，$\displaystyle \int_0^1 xe^{2x} \, dx=\frac{e^2+[オ]}{[カ]}$である．

(3)曲線$C$，接線$\ell$と$y$軸とで囲まれた図形の面積は$\displaystyle \frac{[キ]e^2+1}{[ク]}$である．

点$\mathrm{A}(2,\ 1,\ -1)$を通り，ベクトル$\overrightarrow{u}=(2,\ 1,\ 1)$に平行な直線$\ell$上の点を$\mathrm{P}$とし，点$\mathrm{B}(-4,\ -2,\ 2)$を通り，ベクトル$\overrightarrow{v}=(-1,\ 1,\ 1)$に平行な直線$m$上の点を$\mathrm{Q}$とする．

(1)点$\mathrm{P}$の座標を媒介変数$s$を用いて，また，点$\mathrm{Q}$の座標を媒介変数$t$を用いて表せ．ただし，$s=1$のとき$\mathrm{P}(4,\ 2,\ 0)$，$t=1$のとき$\mathrm{Q}(-5,\ -1,\ 3)$とする．
(2)$\overrightarrow{\mathrm{PQ}}$が$2$直線$\ell$と$m$に直交するときの$s$と$t$の値を求めよ．
(3)$2$直線$\ell$と$m$との間の距離を求めよ．

$k$を正の定数として，放物線$C:y=x^2$と直線$\ell_n:y=a_nx+ka_n-{a_n}^2$を考える．$C$と$\ell_n$の共有点の個数を$a_{n+1}$として数列$\{a_n\}$を定める．ただし，以下では常に$a_1=0$とする．ただし，$*$については$+,\ -$の$1$つが入る．

(1)$k=1$のとき，$a_2=[と]$，$a_3=[な]$である．
(2)$k=1$のとき，$\displaystyle \sum_{n=1}^{100} a_n=[にぬ]$である．また，$C$と$\ell_n$の共有点の個数が$2$であるとき，両者で囲まれる部分の面積は$\displaystyle \frac{[ね]}{[の]}$である．
(3)数列$\{a_n\}$のとる値に$2$が一度も現れないとき，$\displaystyle k \leqq \frac{[は]}{[ひ]}$である．
(4)数列$\{a_n\}$のある番号$N$から先の項（$N$も含める）がすべて$2$になるとき，そのようなことが可能になる$N$の最小値は$[ふ]$であり，そのとき$\displaystyle k>\frac{[へ]}{[ほ]}$である．