放物線$y=x^2$上の異なる$2$点を$\mathrm{P}_1(\alpha,\ \alpha^2)$，$\mathrm{P}_2(\beta,\ \beta^2)$とする．ただし$\alpha<\beta$とする．線分$\mathrm{P}_1 \mathrm{P}_2$上の点$\mathrm{P}(a,\ b)$に対し，$S(a,\ b)=b-a^2$とする．次の設問に答えよ．

(1)$S(a,\ b)$の最大値$M(\alpha,\ \beta)$を求めよ．
(2)次の条件$(ⅰ)$，$(ⅱ)$を満たす線分$\mathrm{P}_1 \mathrm{P}_2$上の点の存在範囲の面積を求めよ．

(i) $\displaystyle M(\alpha,\ \beta)=\frac{1}{4}$
(ii) $\mathrm{P}_1,\ \mathrm{P}_2$を通る直線の傾きの絶対値は$1$以下．

$f(x)$を
\[ f(x)=\int_0^x |t-2| \, dt \]
とする．ただし$x \geqq 0$とする．

関数$y=f(x)$のグラフと$x$軸，$x=1$，$x=4$で囲まれる部分の面積は$\displaystyle \frac{[ナ]}{[ニ]}$である．

$a$を正の実数とし，数列$\{a_n\} (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots)$が漸化式
\[ a_1=a,\quad \log_2 a_{n+1}=-|\log_2 a_n|+2 \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \]
で定められているとき，次の問いに答えよ．

(1)$x \geqq 1$のとき，$\log_2 y=-|\log_2 x|+2$を満たす$y$を$x$を用いて表せ．
(2)座標平面上で，方程式$\log_2 y=-|\log_2 x|+2 (x>0)$の表す図形を描け．
(3)$x>0$において，方程式$\log_2 x=-|\log_2 x|+2$を満たす$x$の値を求めよ．
(4)$n$を正の整数とし，$1<a<2$とする．数列$\{a_n\}$の第$n$項を求めよ．
(5)$n$を正の整数とする．$2^{2015}<a<2^{2016}$のとき，数列$\{a_n\}$の第$n$項を求めよ．

$[　]$の中に答を入れよ．

(1)$2$つの関数$f(x)=|x|$，$g(x)=ax+a^2+3a+1$がある．$g(0)>f(0)$となるとき，$a$のとりうる値の範囲は$[ア]$である．また，$y=f(x)$のグラフと$y=g(x)$のグラフが$2$つの交点をもつとき，$a$のとりうる値の範囲は$[イ]$である．
(2)次のデータは，$5$個の乾電池について，ある実験で用いたときの持続時間$x$を調べたものである．
\[ 103, 93, 98, 88, 108 \text{（時間）} \]
$x$の平均値は$[ウ]$時間であり，$x$の分散を求めると$[エ]$である．
(3)$a_1=99$，$a_{n+1}=2a_n-100 (n=1,\ 2,\ \cdots)$で定義される数列$\{a_n\}$について，一般項$a_n$を$n$の式で表すと$a_n=[オ]$であり，$a_n<0$を満たす最小の自然数$n$の値を求めると$n=[カ]$である．
(4)$x$と$y$は$0<x<y$，$\log_2 x+2 \log_4 y=1$，$(\log_2 x)(\log_4 y)=-6$を満たす．$s=\log_2 x$，$t=\log_2 y$とおき$s+t$と$st$の値を求めると$(s+t,\ st)=[キ]$である．また，$x$と$y$の値を求めると$(x,\ y)=[ク]$である．

複素数$z$に対して
\[ f(z)=\alpha z+\beta \]
とする．ただし，$\alpha,\ \beta$は複素数の定数で$\alpha \neq 1$とする．
\[ f^1(z)=f(z),\quad f^n(z)=f(f^{n-1}(z)) \quad (n=2,\ 3,\ \cdots) \]
と定める．次の問に答えよ．

(1)$f^n(z)$を$\alpha,\ \beta,\ z,\ n$を用いて表せ．
(2)$|\alpha|<1$のとき，すべての複素数$z$に対して
\[ \lim_{n \to \infty} |f^n(z)-\delta|=0 \]
が成り立つような複素数の定数$\delta$を求めよ．
(3)$|\alpha|=1$とする．複素数の列$\{f^n(z)\}$に少なくとも$3$つの異なる複素数が現れるとき，これらの$f^n(z) (n=1,\ 2,\ \cdots)$は複素数平面内のある円$C_z$上にある．円$C_z$の中心と半径を求めよ．

以下の文章の空欄に適切な数または式を入れて文章を完成させなさい．ただし設問$(2)$の空欄$[え]$には選択肢より適切な数を選んで記入しなさい．

(1)定員$2$名，$3$名，$4$名の$3$つの部屋がある．

(i) $2$人の教員と$7$人の学生の合計$9$人をこれらの$3$つの部屋に定員どおりに入れる割り当て方は$[あ]$とおりである．また，その割り当て方のなかで$2$人の教員が異なる部屋に入るようにする割り当て方は$[い]$とおりである．
(ii) $7$人の学生のみを，これらの$3$つの部屋に定員を超えないように入れる割り当て方は$[う]$とおりである．ただし誰も入らない部屋があってもよい．

(2)二元一次不定方程式$13x+11y=c$は$c=[え]$のとき$x>0$，$y>0$なる整数解をちょうど$1$組もつ．そのときの解は$(x,\ y)=([お],\ [か])$である．
\begin{waku}[$[え]$の選択肢]
$222 \quad 223 \quad 224$
\end{waku}
(3)すべての実数$m$に対して
\[ f(m)=\int_0^1 |e^x-m|e^x \, dx \]
により定義される関数$f(m)$は，$m=[き]$において最小値$[く]$をとる．

$a$を正の整数とし，数列$\{b_n\}$を
\[ b_1=1,\quad b_2=a,\quad b_{n+2}=b_{n+1}+b_n \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \]
により定める．さらに，$n \geqq 2$に対して，数列$\{c_n\}$を
\[ c_n=b_{n+1}b_{n-1}-{b_n}^2 \quad (n=2,\ 3,\ 4,\ \cdots) \]
と定める．

このとき，次の問いに答えよ．


(1)$b_3,\ b_4,\ b_5$をそれぞれ$a$を用いて表せ．
(2)$c_2,\ c_3,\ c_4$をそれぞれ$a$を用いて表せ．
(3)$c_n$を$b_{n-1}$と$b_{n-2}$を用いて表せ．また，$c_{n-1}$を$b_{n-1}$と$b_{n-2}$を用いて表せ．
(4)$c_n$を$c_{n-1}$を用いて表せ．
(5)$2$以上のすべての整数$n$について，$|c_n|=1$が成り立つような$a$をすべて求めよ．

関数$f(x)=|x^2-1|-1$について，次の問に答えよ．

(1)関数$f(x)$の最小値，およびそのときの$x$の値を求めよ．また，曲線$y=f(x)$と$x$軸の共有点の座標を求めよ．
(2)不等式$\displaystyle |x^2-1|<\frac{1}{2}$を解け．
(3)曲線$y=f(x)$上の点$\displaystyle \left( \frac{1}{2},\ f \left( \frac{1}{2} \right) \right)$における接線$\ell$の方程式を求めよ．
(4)曲線$y=f(x)$と接線$\ell$で囲まれた部分の面積$S$を求めよ．

三角形$\mathrm{ABC}$において，$\angle \mathrm{A}$の二等分線と辺$\mathrm{BC}$の交点を$\mathrm{D}$とおく．また，$\mathrm{C}$を通り$\mathrm{AD}$と平行な直線と辺$\mathrm{BA}$の延長との交点を$\mathrm{E}$とおく．

ベクトルを$\overrightarrow{\mathrm{AC}}=\overrightarrow{b}$，$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{c}$，辺の長さを$\mathrm{AC}=b$，$\mathrm{AB}=c$，角を$\angle \mathrm{BAC}=\theta$として，次の問に答えよ．


(1)ベクトル$\overrightarrow{\mathrm{CE}}$を$\overrightarrow{b},\ \overrightarrow{c},\ b,\ c$を用いて表せ．
(2)$\displaystyle \cos \frac{\theta}{2}=p$とおく．ベクトル$\overrightarrow{\mathrm{CE}}$の絶対値$f=|\overrightarrow{\mathrm{CE|}}$を$b,\ c,\ p$を用いて表せ．
(3)三角形$\mathrm{BCE}$の重心を$\mathrm{G}$とおく．ベクトル$\overrightarrow{\mathrm{BG}}$を$\overrightarrow{b},\ \overrightarrow{c},\ b,\ c$を用いて表せ．
(4)ベクトル$\overrightarrow{\mathrm{BG}}$と$\overrightarrow{\mathrm{AC}}$が互いに直交するとき，$\cos \theta$を$b,\ c$を用いて表せ．

$\overrightarrow{a}=(1,\ 3,\ -2)$，$\overrightarrow{b}=(1,\ -1,\ 1)$，$t$を実数として次の問に答えよ．

(1)$|\overrightarrow{a|+t \overrightarrow{b}}$は$\displaystyle t=\frac{[$50$]}{[$51$]}$で最小値$\displaystyle \frac{\sqrt{[$52$][$53$]}}{[$54$]}$をとる．

(2)$\overrightarrow{a}+t \overrightarrow{b}$と$\overrightarrow{b}$のなす角が${45}^\circ$のとき，$\displaystyle t=\frac{[$55$]+\sqrt{[$56$][$57$]}}{[$58$]}$である．