数直線上の点$\mathrm{P}$を次の規則で移動させる．一枚の硬貨を投げて，表が出れば$\mathrm{P}$を$+1$だけ移動させ，裏が出れば$\mathrm{P}$を原点に関して対称な点に移動させる．$\mathrm{P}$は初め原点にあるとし，硬貨を$n$回投げた後の$\mathrm{P}$の座標を$a_n$とする．

(1)$a_3=0$となる確率を求めよ．
(2)$a_4=1$となる確率を求めよ．
(3)$n \geqq 3$のとき，$a_n=n-3$となる確率を$n$を用いて表せ．

$\mathrm{A}$さんは$5$円硬貨を$3$枚，$\mathrm{B}$さんは$5$円硬貨を$1$枚と$10$円硬貨を$1$枚持っている．$2$人は自分が持っている硬貨すべてを一度に投げる．それぞれが投げた硬貨のうち表が出た硬貨の合計金額が多い方を勝ちとする．勝者は相手の裏が出た硬貨をすべてもらう．なお，表が出た硬貨の合計金額が同じときは引き分けとし，硬貨のやりとりは行わない．このゲームについて，以下の問いに答えよ．

(1)$\mathrm{A}$さんが$\mathrm{B}$さんに勝つ確率$p$，および引き分けとなる確率$q$をそれぞれ求めよ．
(2)ゲーム終了後に$\mathrm{A}$さんが持っている硬貨の合計金額の期待値$E$を求めよ．

$\mathrm{A}$さんは$5$円硬貨を$3$枚，$\mathrm{B}$さんは$5$円硬貨を$1$枚と$10$円硬貨を$1$枚持っている．$2$人は自分が持っている硬貨すべてを一度に投げる．それぞれが投げた硬貨のうち表が出た硬貨の合計金額が多い方を勝ちとする．勝者は相手の裏が出た硬貨をすべてもらう．なお，表が出た硬貨の合計金額が同じときは引き分けとし，硬貨のやりとりは行わない．このゲームについて，以下の問いに答えよ．

(1)$\mathrm{A}$さんが$\mathrm{B}$さんに勝つ確率$p$，および引き分けとなる確率$q$をそれぞれ求めよ．
(2)ゲーム終了後に$\mathrm{A}$さんが持っている硬貨の合計金額の期待値$E$を求めよ．

最初の持ち点を$1$点として，$n$回硬貨を投げ，投げるたびに，表が出ると持ち点は$\displaystyle \frac{7}{4}$倍に，裏が出ると持ち点は$\displaystyle \frac{1}{2}$倍になるゲームを考える．たとえば，$n=2$で表，裏の順に出れば，持ち点は$\displaystyle 1 \times \frac{7}{4} \times \frac{1}{2}=\frac{7}{8}$点となる．このとき，次の問いに答えよ．

(1)$n=2$のとき，ゲームが終わったあとの持ち点のとりうる値をすべて求めよ．
(2)$n=4$のとき，ゲームが終わったあとの持ち点が$1$点以下になる確率を求めよ．
(3)$n=k$のとき，ゲームが終わったあとの持ち点の期待値を$k$を用いて表せ．

最初の持ち点を$1$点として，$n$回硬貨を投げ，投げるたびに，表が出ると持ち点は$\displaystyle \frac{7}{4}$倍に，裏が出ると持ち点は$\displaystyle \frac{1}{2}$倍になるゲームを考える．たとえば，$n=2$で表，裏の順に出れば，持ち点は$\displaystyle 1 \times \frac{7}{4} \times \frac{1}{2}=\frac{7}{8}$点となる．このとき，次の問いに答えよ．

(1)$n=2$のとき，ゲームが終わったあとの持ち点のとりうる値をすべて求めよ．
(2)$n=4$のとき，ゲームが終わったあとの持ち点が$1$点以下になる確率を求めよ．
(3)$n=k$のとき，ゲームが終わったあとの持ち点の期待値を$k$を用いて表せ．

$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$，$\mathrm{C}$の$3$人がそれぞれある地域の東公園，西公園および北公園のいずれかに行こうとしている．この$3$人は次のように，硬貨の表裏によって，どの公園に行くのかを決める．
\begin{itemize}
$\mathrm{A}$は手持ちの硬貨を$1$枚投げて，表が出たら東公園に行く．裏が出たら西公園に行く．
$\mathrm{B}$は手持ちの硬貨を$1$枚投げて，表が出たら西公園に行く．裏が出たら，もう$1$度その硬貨を投げて，表が出たら東公園に行き，裏が出たら北公園に行く．
$\mathrm{C}$は手持ちの硬貨を$1$枚投げて，表が出たら北公園に行く．裏が出たら，もう$1$度その硬貨を投げて，表が出たら東公園に行き，裏が出たら西公園に行く．
\end{itemize}
ただし，$3$人が使用する硬貨は，表，裏がそれぞれ$\displaystyle \frac{1}{2}$の確率で出るものとする．このとき，次の各問に答えよ．

(1)$\mathrm{A}$と$\mathrm{B}$が同じ公園に行く確率を求めよ．ただし，$\mathrm{C}$はどの公園に行ってもよいものとする．
(2)$\mathrm{B}$と$\mathrm{C}$が同じ公園に行く確率を求めよ．ただし，$\mathrm{A}$はどの公園に行ってもよいものとする．
(3)$3$人が同じ公園に行く確率を求めよ．
(4)少なくとも$2$人が同じ公園に行く確率を求めよ．

$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$，$\mathrm{C}$の$3$人がそれぞれある地域の東公園，西公園および北公園のいずれかに行こうとしている．この$3$人は次のように，硬貨の表裏によって，どの公園に行くのかを決める．
\begin{itemize}
$\mathrm{A}$は手持ちの硬貨を$1$枚投げて，表が出たら東公園に行く．裏が出たら西公園に行く．
$\mathrm{B}$は手持ちの硬貨を$1$枚投げて，表が出たら西公園に行く．裏が出たら，もう$1$度その硬貨を投げて，表が出たら東公園に行き，裏が出たら北公園に行く．
$\mathrm{C}$は手持ちの硬貨を$1$枚投げて，表が出たら北公園に行く．裏が出たら，もう$1$度その硬貨を投げて，表が出たら東公園に行き，裏が出たら西公園に行く．
\end{itemize}
ただし，$3$人が使用する硬貨は，表，裏がそれぞれ$\displaystyle \frac{1}{2}$の確率で出るものとする．このとき，次の各問に答えよ．

(1)$\mathrm{A}$と$\mathrm{B}$が同じ公園に行く確率を求めよ．ただし，$\mathrm{C}$はどの公園に行ってもよいものとする．
(2)$\mathrm{B}$と$\mathrm{C}$が同じ公園に行く確率を求めよ．ただし，$\mathrm{A}$はどの公園に行ってもよいものとする．
(3)$3$人が同じ公園に行く確率を求めよ．
(4)少なくとも$2$人が同じ公園に行く確率を求めよ．

$n$は自然数，$p_0$，$p_1$，$\cdots$，$p_n$は$p_0>0$，$\cdots$，$p_n>0$かつ$p_0+p_1+\cdots+p_n=1$を満たす定数とする．ポイント$0,\ 1,\ 2,\ \cdots,\ n-1,\ n$が，それぞれ$p_0,\ p_1,\ p_2,\ \cdots,\ p_{n-1},\ p_n$の確率で得られる試行$T$を考える．試行$T$を$1$回行って得られるポイントの期待値を$a$とし，$A=[a]+1$とする．ただし，実数$x$に対して$[x]$は$x$を超えない最大の整数を表す．競技者は，試行$T$を下記の各設問のルールに従って何回か行う．

(1)$k$を$1 \leqq k \leqq n$を満たす整数とする．競技者は，試行$T$を以下のルールに従って最大$2$回まで行う．

\mon[$①$] 試行$T$を$1$回行い，もしポイントが$k$以上であれば$2$回目の試行を行わず，このポイントを賞金とする．
\mon[$②$] $1$回目のポイントが$k$未満であれば$2$回目の試行$T$を行う．このとき，$1$回目のポイントは無効とし，$2$回目のポイントを賞金とする．
このとき賞金の期待値を$b_k$とする．$b_k$を求めよ．

(2)$(1)$の期待値$b_k$は$k$が$A$のとき最大となることを示せ．
(3)$m$を$1 \leqq m \leqq n$を満たす整数とする．競技者は，試行$T$を以下のルールに従って最大$3$回まで行う．

\mon[$①$] 試行$T$を$1$回行い，もしポイントが$m$以上であれば$2$回目以降の試行を行わず，このポイントを賞金とする．
\mon[$②$] $1$回目のポイントが$m$未満であれば$2$回目の試行$T$を行う．$2$回目のポイントが$A$以上であれば$3$回目の試行を行わない．このとき，$1$回目のポイントは無効とし，$2$回目のポイントを賞金とする．
\mon[$③$] $2$回目のポイントが$A$未満であれば$3$回目の試行$T$を行う．このとき，$1$回目，$2$回目のポイントは無効とし，$3$回目のポイントを賞金とする．
このとき賞金の期待値を$c_m$とする．$c_m$を求めよ．

(4)$(3)$の期待値$c_m$は$m$が$B=[b_A]+1$のとき最大となり，$c_B \geqq b_A$であることを示せ．ただし，$b_A$は$(1)$で求めた期待値$b_k$の$k=A$のときの値である．
(5)$n=5$とし，試行$T$として，$5$枚の硬貨を同時に投げ，表の出た枚数をポイントとする試行を考える．また，$b_k$，$c_m$は上記で定義したものとする．

(i) $p_0$，$p_1$，$p_2$，$p_3$，$p_4$，$p_5$，$a$を求めよ．
(ii) $(1)$のように最大$2$回試行を行う場合，$b_k$の最大値を求めよ．
(iii) $(3)$のように最大$3$回試行を行う場合，$c_m$の最大値を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)整式$P(x)=x^3-7x^2+14x-8$は$x-4$で割り切れる．$P(x)=x^3-7x^2+14x-8=0$の解は小さい順に$[メ]$，$[モ]$，$[ヤ]$である．
(2)$0 \leqq x \leqq \pi$のとき，$y=-8 \sin x \cos 2x-12 \sin^2 x+8 \sin x$は，$\displaystyle x=\frac{\pi}{[ユ]}$のとき，最大値$y=[ヨ]$をとり，$\displaystyle x=\frac{\pi}{[ラ]}$のとき，最小値$y=[リル]$をとる．
(3)$1$枚の硬貨を$5$回投げたとき，表が$1$回だけ出る確率は$\displaystyle \frac{[レ]}{[ロワ]}$である．

$1$枚の硬貨を$7$回投げるとき，表が続いて出る回数の最大値を$X$とする．たとえば，裏表表表裏表表であれば，$X=3$である．

(1)$X=5$となる確率は$\displaystyle \frac{[$1$]}{[$2$][$3$][$4$]}$である．

(2)$X=4$となる確率は$\displaystyle \frac{[$5$]}{[$6$][$7$]}$である．

(3)$X=3$となる確率は$\displaystyle \frac{[$8$][$9$]}{[$10$][$11$][$12$]}$である．