$a$は正の無理数で，$a^3+3a^2-14a+6, Y=a^2-2a$を考えると，$X$と$Y$はともに有理数である．以下の問に答えよ．

(1)整式$x^3+3x^2-14x+6$を整式$x^2-2x$で割ったときの商と余りを求めよ．
(2)$X$と$Y$の値を求めよ．
(3)$a$の値を求めよ．ただし，素数の平方根は無理数であることを用いてよい．

$m$を自然数とする．$2^m!$が$2^n$で割り切れる自然数$n$の最大値を$N(m)$とおくとき，次の問いに答えよ．

(1)$N(5)$を求めよ．
(2)$N(m)$を$m$の式で表せ．
(3)$N(m)$が素数ならば，$m$も素数であることを証明せよ．

$U=\{k \; | \; k\text{は自然数，}\ 1 \leqq k \leqq 25 \}$を全体集合とし，$U$の部分集合$A,\ B$を次のように定める．
\[ A=\{k \; | \; k \in U \text{かつ} k \text{は3の倍数} \},\quad B=\{k \; | \; k \in U \text{かつ} k \text{は4の倍数} \} \]
このとき，次の問いに答えよ．

(1)2つの集合$A \cap B,\ A \cup B$を，要素を書き並べる方法で表せ．
(2)$m$と$n$を自然数とし，2次方程式
\[ (*) \quad x^2-mx+n=0 \]
が整数解をもつとする．このとき，$n$が素数ならば，2次方程式$(*)$は1を解としてもつことを証明せよ．
(3)$m,\ n$を集合$\overline{A} \cap \overline{B}$の要素とする．このとき，2次方程式$(*)$の解がすべて2以上の整数となる$m$と$n$の組$(m,\ n)$をすべて求めよ．ただし，$\overline{A}$と$\overline{B}$は，それぞれ$A$と$B$の補集合を表す．

さいころを$3$回続けて投げて出る目の数を順に$a,\ b,\ c$とする．$m=abc$として次の問いに答えなさい．

(1)$m$が$5$の倍数となる確率を求めなさい．
(2)$m$が$3$の倍数となる確率を求めなさい．
(3)$m$が素数となる確率を求めなさい．
(4)$m$が$36$となる確率を求めなさい．

以下の各問いに答えよ．

(1)次の方程式を解け．
\[ |x+3| = 2x \]
(2)$a$を素数とする．$2$次方程式$x^2 -ax+66 = 0$の$2$つの解のうち，ただ$1$つのみが素数であるとき，$a$の値を求めよ．
(3)$\triangle \mathrm{ABC}$において，$A = 60^\circ$，外接円の半径$R$が$7$のとき，$\mathrm{BC}$の長さを求めよ．
(4)$\log_{10} 2 = 0.3010,\ \log_{10} 3 = 0.4771$とする．$12^{20}$は何桁の整数か．
(5)$15$本のくじの中に当たりくじが$3$本ある．この中から$2$本のくじを同時に引くとき，少なくとも$1$本が当たる確率を求めよ．
(6)次の$3$点が同一直線上にあるように，$m,\ n$の値を定めよ．
\[ \mathrm{A}(2,\ -1,\ -2),\ \mathrm{B}(4,\ 2,\ 5),\ \mathrm{C}(m,\ -4,\ n) \]
(7)次の定積分を求めよ．
\[ \int_{-2}^2 |x-1|(x-1) \, dx \]
(8)四角形$\mathrm{ABCD}$において，$\mathrm{AB} = 5,\ \mathrm{BC} = 3,\ \mathrm{CD} = 7,\ B = 120^\circ,\ D = 60^\circ$とするとき，四角形$\mathrm{ABCD}$の面積$S$を求めよ．

$p$を3以上の素数，$a,\ b$を自然数とする．以下の問に答えよ．ただし，自然数$m,\ n$に対し，$mn$が$p$の倍数ならば，$m$または$n$は$p$の倍数であることを用いてよい．

(1)$a+b$と$ab$がともに$p$の倍数であるとき，$a$と$b$はともに$p$の倍数であることを示せ．
(2)$a+b$と$a^2 +b^2$がともに$p$の倍数であるとき，$a$と$b$はともに$p$の倍数であることを示せ．
(3)$a^2 +b^2$と$a^3 +b^3$がともに$p$の倍数であるとき，$a$と$b$はともに$p$の倍数であることを示せ．

直角三角形$\mathrm{ABC}$は$\angle \mathrm{C}$が直角で，各辺の長さは整数であるとする．辺$\mathrm{BC}$の長さが3以上の素数$p$であるとき，以下の問いに答えよ．

(1)辺$\mathrm{AB}$，$\mathrm{CA}$の長さを$p$を用いて表せ．
(2)$\tan \angle \mathrm{A}$と$\tan \angle \mathrm{B}$は，いずれも整数にならないことを示せ．

次の問いに答えよ．

(1)整数を係数とする$n$次方程式
\[ f(x)=a_0x^n+a_1x^{n-1}+a_2x^{n-2}+\cdots +a_{n-1}x+a_n=0 \]
が有理数の解$\displaystyle \frac{\beta}{\alpha}$（$\alpha$と$\beta$は互いに素な整数とする）をもつとき，$\alpha$は$a_0$の約数であり$\beta$は$a_n$の約数であることを示せ．
(2)素数$p$に対して，
\[ x+y+z=\frac{p}{3},\quad xy+yz+zx=\frac{1}{p},\quad xyz=\frac{1}{p^3} \]
を満たす$x,\ y,\ z$がすべて正の有理数であるとき，$p$および$x,\ y,\ z$を求めよ．

$n$を2以上の自然数として，階乗$n!$を素数の積で表すときに現れる2の個数を$a_n$とおく．すなわち$\displaystyle \frac{n!}{2^{a_n}}$は奇数である．

(1)$\displaystyle \frac{(2n)!}{2^nn!}$は奇数であることを示せ．
(2)$a_{2n}-a_n$を$n$を用いて表せ．
(3)$n=2^k \ (k \text{は自然数})$のとき，$a_n$を$n$を用いて表せ．
(4)$a_n<n$を示せ．
(5)$\sqrt[n]{n!}$は無理数であることを示せ．

自然数$N$は$30$の倍数である．
\begin{align}
& U=\{x \;|\; x \text{は}1 \text{以上} N \text{以下の奇数} \}, \nonumber \\
& A=\{ x \;|\; x \in U,\ x \text{は}3 \text{の倍数} \}, \nonumber \\
& B=\{ x \;|\; x \in U,\ x \text{は}5 \text{の倍数} \}, \nonumber
\end{align}
とし，集合$U,\ A,\ B,\ A \cap B$の要素の個数をそれぞれ$u_N,\ a_N,\ b_N,\ c_N$と表す．次の問いに答えよ．

(1)$u_N,\ a_N,\ b_N,\ c_N$を$N$を用いて表せ．
(2)$N$以下の素数の個数を$P_N$とするとき，不等式$P_N \leqq u_N-a_N-b_N+c_N+2$を示せ．
(3)(2)の$P_N$について，$\displaystyle \frac{P_N}{N} \leqq \frac{1}{3}$を示せ．