実数からなる集合$A,\ B,\ C$を以下のように定義する．

$\displaystyle A=\left\{ x \ \biggl| \ \sin \frac{\pi}{2}x>-\frac{1}{7}x \right\}$

$B=\{x \ | \ 0<x<b\}$
$C=\{x \ | \ x \geqq c\}$

ただし，$b,\ c$は正の実数とする．

(1)$-1 [え] A$である．また，$5 [お] A$である．
\begin{screen}
$[え]$，$[お]$の選択肢：
\[ \mathrm{(a)} \ \in \quad \mathrm{(b)} \ \notin \quad \mathrm{(c)} \ \ni \quad \mathrm{(d)} \ \notni \quad \mathrm{(e)} \ = \quad \mathrm{(f)} \ \subset \quad \mathrm{(g)} \ \supset \]
\end{screen}
(2)$B \cap C$が空集合であるための必要十分条件は$[か]$である．
\begin{screen}
$[か]$の選択肢：

\begin{tabular}{llll}
$\mathrm{(a)} \ b=c$ \phantom{AA} & $\mathrm{(b)} \ b<c$ \phantom{AA} & $\mathrm{(c)} \ b \leqq c$ \phantom{AA} & $\mathrm{(d)} \ b>c$ \phantom{AA} \\
$\mathrm{(e)} \ b \geqq c$ & $\mathrm{(f)} \ b \leqq 1$ & $\mathrm{(g)} \ b \leqq 1 \text{かつ} c \geqq 1$ &
\end{tabular}

\end{screen}
(3)$A \supset B$となる$b$のうち，整数で最大のものは$[タ]$である．また，$A \supset C$となる$c$のうち，整数で最小のものは$[チ]$である．
(4)$S$は実数からなる集合とする．「集合$S$が連結である」とは，「$S$のどの$2$つの要素$x,\ y$に対しても，

条件：実数$z$が$x<z<y$を満たすならば$z \in S$

が成り立つ」ことである．
$A \cap B$が連結であるような$b$のうち，整数で最大のものは$[ツ]$である．また，$A \cap C$が連結であるような$c$のうち，整数で最小のものは$[テ]$である．

方程式$y=|x|$を満たす座標平面上の点$(x,\ y)$全体の集合$B$を

$B=\{(x,\ y) \;\bigl| \;$点$(x,\ y)$は方程式$y=|x|$を満たす$\}$

と表す．同様に，集合$C_r(a,\ b)$，$D$をそれぞれ

$C_r(a,\ b)=\{(x,\ y) \;\bigl| \;$点$(x,\ y)$は方程式$(x-a)^2+(y-b)^2=r^2$を満たす$\}$，
\qquad\quad\;\! $D=\{(x,\ y) \;\bigl| \;$点$(x,\ y)$は不等式$y \leqq |x|$を満たす$\}$

で定める．ただし，$a,\ b$は実数，$r$は正の実数とする．

(1)集合$B \cap C_r(1,\ 2)$が$2$個の要素からなるように，$r$の値の範囲を定めよ．
(2)$C_{2 \sqrt{2}}(a,\ b) \subset D$が成り立つような点$(a,\ b)$全体の集合を斜線で図示せよ．

$500$から$1000$までの整数を全体集合とするとき，次の設問に答えよ．

(1)$2$の倍数となる整数の集合に含まれる要素の個数を求めよ．
(2)$5$の倍数となる整数の集合に含まれる要素の個数を求めよ．
(3)$2$の倍数または$5$の倍数である整数の集合に含まれる要素の個数を求めよ．
(4)$2$の倍数でなく$5$の倍数でもない整数の集合に含まれる要素の個数を求めよ．

集合$X_k$は次のように定義される．
\[ X_k=\left\{ \frac{1}{x} \;\bigg|\; x \text{は}k \text{桁の自然数で，$x$の全ての位に$1$を含まない．} \right\} \]
また，$n(X_k)$は$X_k$の要素の個数，$s(X_k)$は$X_k$の全ての要素の和とする．たとえば，$n(X_1)=8$，$\displaystyle s(X_1)=\frac{1}{2}+\frac{1}{3}+\cdots +\frac{1}{9}$である．以下の問に答えよ．

(1)$n(X_3)$を求めよ．
(2)$s(X_1)<4$を証明せよ．
(3)$\displaystyle s(X_2)<\frac{18}{5}$を証明せよ．
(4)$\displaystyle s(X_1)+s(X_2)+s(X_3)<\frac{271}{25}$を証明せよ．

全体集合$U$の部分集合$A,\ B$について，$n(U)=70$，$n(A)=35$，$n(B)=20$，$n(A \cap B)=12$であるとき，次の集合の要素の個数を求めよ．


(1)$n(\overline{A})=[　]$

(2)$n(\overline{A \cap B})=[　]$

(3)$n(A \cup B)=[　]$

(4)$n(\overline{A} \cap \overline{B})=[　]$

次の問いに答えなさい．

(1)「自然数$m$を$4$で割ったときの余りが$r$であるならば，$m(m+1)$を$4$で割ったときの余りは$r(3-r)$と等しい」ことを$r=0,\ 1,\ 2,\ 3$のそれぞれの場合について$[う]$で示しなさい．ただし，自然数$m$が整数$q,\ r$を用いて
\[ m=4q+r \quad (0 \leqq r<4) \]
と表されるとき，$r$を，$m$を$4$で割ったときの余りという．
(2)$n$を自然数とする．数列$\{a_n\}$は，初項$a_1$が$2$，公差が$2$の等差数列であり，数列$\{b_n\}$は次の条件
\[ b_1=1,\quad b_{n+1}-b_n=\frac{a_{n+1}}{2} \quad (n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots) \]
で定められている．

(i) 一般項$a_n,\ b_n$は，$n$を用いて表すとそれぞれ$a_n=[$\mathrm{I]$}$，$b_n=[$\mathrm{J]$}$である．
(ii) $2$つの集合$A,\ B$を
\[ A=\{a_n \;|\; n \text{は}39 \text{以下の自然数} \},\quad B=\{b_n \;|\; n \text{は}12 \text{以下の自然数} \} \]
とする．このとき，$A$と$B$の共通部分$A \cap B$の要素の個数を$s$とすると，$s=[$\mathrm{K]$}$である．
(iii) $t$を自然数の定数とする．$2$つの集合$C,\ D$を
\[ C=\{a_n \;|\; n \text{は} 100 \text{以下の自然数}\},\quad D=\{b_n \;|\; n \text{は} t \text{以下の自然数}\} \]
とする．このとき，$C$と$D$の和集合$C \cup D$の要素の個数が$111$であるならば，$t$の値は$t=[$\mathrm{L]$}$である．

次の問いに答えよ．

(1)$(x^2+2x+3)(x^2-2x+3)$を展開せよ．
(2)$x^2-4ax-5a^2$を因数分解せよ．
(3)$\displaystyle x=\frac{1}{\sqrt{3}+2},\ y=\frac{1}{\sqrt{3}-2}$のとき，式$x^2+y^2$の値を求めよ．
(4)$|3x+1| \geqq 2$を解け．
(5)集合$A$を$1$から$12$までの自然数の集合，集合$B$を素数全体の集合とするとき，$A \cap B$の要素を書き並べて表せ．
(6)次の$[　]$にあてはまるものとして，「必要条件である」，「十分条件である」，「必要十分条件である」，「必要条件でも十分条件でもない」のうち，最も適切なものを選べ．
$x^2=16$は$x=4$であるための$[　]$．
(7)$\displaystyle \sin \theta=\frac{3}{\sqrt{13}}$であるとき，$\cos^2 \theta-\sin^2 \theta$の値を求めよ．
(8)$\triangle \mathrm{ABC}$において，$\angle \mathrm{A}={135}^\circ$，$\mathrm{AB}=2$，$\mathrm{AC}=\sqrt{2}$のとき，$\mathrm{BC}$を求めよ．

$100$から$999$までの自然数の集合を全体集合$U$とし，そのうち$14$で割ると$3$余るものの集合を$A$，$9$の倍数の集合を$B$とおく．

(1)$A,\ B$の要素の個数を求めなさい．
(2)$A \cap B$の要素のうち，最小のものと最大のものを求めなさい．
(3)$U$の要素が$1$つずつ書かれた玉の入った袋から玉を$2$個取り出す．このとき，$2$個の玉に書かれている数がいずれも$14$で割ると$3$余り，かつ$9$で割り切れない場合の確率を求めなさい．

$100$から$999$までの自然数の集合を全体集合$U$とし，そのうち$14$で割ると$3$余るものの集合を$A$，$9$の倍数の集合を$B$とおく．

(1)$A,\ B$の要素の個数を求めなさい．
(2)$A \cap B$の要素のうち，最小のものと最大のものを求めなさい．
(3)$U$の要素が$1$つずつ書かれた玉の入った袋から玉を$2$個取り出す．このとき，$2$個の玉に書かれている数がいずれも$14$で割ると$3$余り，かつ$9$で割り切れない場合の確率を求めなさい．

自然数$n$に対し，$3$個の数字$1,\ 2,\ 3$から重複を許して$n$個並べたもの$(x_1,\ x_2,\ \cdots,\ x_n)$の全体の集合を$S_n$とおく．$S_n$の要素$(x_1,\ x_2,\ \cdots,\ x_n)$に対し，次の$2$つの条件を考える．

条件$\mathrm{C}_{12}$：$1 \leqq i<j \leqq n$である整数$i,\ j$の組で，$x_i=1$，$x_j=2$を満たすものが少なくとも$1$つ存在する．
条件$\mathrm{C}_{123}$：$1 \leqq i<j<k \leqq n$である整数$i,\ j,\ k$の組で，$x_i=1$，$x_j=2$，$x_k=3$を満たすものが少なくとも$1$つ存在する．
例えば，$S_4$の要素$(3,\ 1,\ 2,\ 2)$は条件$\mathrm{C}_{12}$を満たすが，条件$\mathrm{C}_{123}$は満たさない．
$S_n$の要素$(x_1,\ x_2,\ \cdots,\ x_n)$のうち，条件$\mathrm{C}_{12}$を満たさないものの個数を$f(n)$，条件$\mathrm{C}_{123}$を満たさないものの個数を$g(n)$とおく．このとき以下の各問いに答えよ．

(1)$f(4)$と$g(4)$を求めよ．
(2)$f(n)$を$n$を用いて表せ．
(3)$g(n+1)$を$g(n)$と$f(n)$を用いて表せ．
(4)$g(n)$を$n$を用いて表せ．