$a,\ b$を実数として，$x$の$4$次関数$f(x)=x^4-ax^2+bx$を考える．次の問いに答えよ．

(1)$s,\ t$を異なる実数とする．曲線$y=f(x)$の，$x=s$における接線の傾きと，$x=t$における接線の傾きが等しいとき，$a$を$s$と$t$を用いて表せ．
(2)曲線$y=f(x)$が異なる$2$点で共通の接線$\ell$をもつとし，その接点の$x$座標の一つを$s$とする．

(i) $a$を$s$を用いて表せ．
(ii) $\ell$の方程式を，$a$と$b$を用いて表せ．

(3)関数$f(x)$が極大値をもつための必要十分条件を$a$と$b$に関する不等式で与えよ．

自然数$n=1,\ 2,\ 3,\ \cdots$に対し，$x>0$で定義された関数$f_n(x)$を
\[ f_n(x)=\frac{\log x}{x^n} \quad (x>0) \]
で定める．ただし，$\log$は自然対数を表す．

$t>1$とするとき，座標平面において曲線$y=f_n(x)$の$x \leqq t$の部分，$x$軸，直線$x=t$の$3$つで囲まれている図形の面積を$S_n(t)$とする．また，$4$点$(1,\ 0)$，$(t,\ 0)$，$(t,\ f_n(t))$，$(1,\ f_n(t))$を頂点とする長方形の面積を$T_n(t)$とする．

(1)関数$f_n(x)$が極大となるときの$x$の値と，そのときの$f_n(x)$の極大値を求めよ．
(2)$t$が$t>1$を動くとき，$T_n(t)-S_n(t)$が最大となる$t$の値を求めよ．
(3)$S_1(t)$と$S_n(t) (n \geqq 2)$を求めよ．
(4)各$n \geqq 2$に対して$T_n(t)=S_n(t)$となる$t (t>1)$がただ$1$つあることを示せ．ただし，$\displaystyle \lim_{x \to \infty} \frac{\log x}{x}=0$となることを用いてもよい．

次の問いに答えよ．

(1)関数$f(x)=xe^{-2x}$の極値と曲線$y=f(x)$の変曲点の座標を求めよ．
(2)曲線$y=f(x)$上の変曲点における接線，曲線$y=f(x)$および直線$x=3$で囲まれた部分の面積を求めよ．

以下の問いに答えなさい．

(1)関数$\displaystyle f(x)=\frac{1}{3} \cos 3x-\frac{1}{2} \cos 2x+\cos x (0<x<\pi)$について考える．

(i) $\displaystyle x=\frac{\pi}{12}$のとき，$f(x)$の値$\displaystyle f \left( \frac{\pi}{12} \right)$を求めなさい．
(ii) 関数$f(x)$の極値を求めなさい．

(2)行列$A=\left( \begin{array}{cc}
a & b \\
c & d
\end{array} \right)$によって表される座標平面上の点の移動（$1$次変換）$f$が条件

「点$\mathrm{P}(x,\ y)$が直線$y=-x+1$上にあるとき，点$\mathrm{P}(x,\ y)$の$f$による像$\mathrm{P}^\prime(x^\prime,\ y^\prime)$はつねに直線$\displaystyle y=-\frac{2}{3}x+\frac{7}{3}$上にある．また，点$\mathrm{P}(x,\ y)$が直線$y=2x-1$上にあるとき，点$\mathrm{P}(x,\ y)$の$f$による像$\mathrm{P}^\prime(x^\prime,\ y^\prime)$はつねに直線$x=1$上にある」

を満たすとき，$A$を求めなさい．

$a,\ b,\ c$を定数とする．関数$\displaystyle f(x)=\frac{ax+b}{x^2+c}$は$x=2$，$x=4$で極値をとり，$f(0)=3$を満たす．

(1)$a=[ク]$，$b=[ケコサ]$，$c=[シス]$である．
(2)関数$f(x)$は$x=[セ]$で極大値$[ソ]$をとり，$x=[タ]$で極小値$[チ]$をとる．

$a,\ b,\ c,\ d$を定数とし，$ab \neq 0$とする．関数$f(x)=ae^{bx}+cx+d$は等式
\[ f(x)+2 \int_0^x f(t) \, dt=4x^2+8x+10 \]
を満たしている．

(1)$a=[ア]$，$b=[イウ]$，$c=[エ]$，$d=[オ]$である．
(2)$\displaystyle \int_0^1 f(x) \, dx=[カ]-[キ]e^{[クケ]}$である．

関数$\displaystyle y=3 \log_8x+4 \log_4 4x-(\log_2x)^2 \left( \frac{1}{2} \leqq x \leqq 32 \right)$について考える．$t=\log_2x$とおく．

(1)$t$のとり得る値の範囲は$[クケ] \leqq t \leqq [コ]$である．
(2)$y=-t^2+[サ]t+[シ]$である．
(3)$y$は$x=[ス] \sqrt{[セ]}$で最大値$\displaystyle \frac{[ソタ]}{[チ]}$をとり，$x=[ツテ]$で最小値$[トナ]$をとる．

$a,\ b$を定数とする．関数$f(x)=6x^2+2ax+b$は$\displaystyle \int_0^1 f(x) \, dx=4$，$f(2)=2$を満たす．このとき，

(1)$a=[コサ]$，$b=[シス]$である．
(2)$x$軸と関数$y=f(x)$のグラフで囲まれた図形の面積は$\displaystyle \frac{[セ]}{[ソタ]}$である．

$a$を実数とし，関数$f(x)=x^3+3ax^2+(3a^2-a)x$について考える．方程式$f(x)=0$の異なる実数解の個数を$k$とする．$f(0)=0$であることに注意せよ．

(1)$k=1$となるような$a$の値の範囲を求めよ．
(2)$k=2$となるような$a$の値を求めよ．
(3)$k=3$となるような$a$の値の範囲を求めよ．
(4)$a$は$(3)$で求めた範囲にあるとする．方程式$f(x)=0$の$0$以外の実数解を$\alpha,\ \beta$とおく．ただし，$\alpha<\beta$とする．

(i) $\alpha<0$であることを示せ．
(ii) $\alpha<\beta<0$であるような$a$の値の範囲を求めよ．
(iii) $\alpha<0<\beta$であるような$a$の値の範囲を求めよ．

(5)関数$f(x)$が極大値と極小値をもつような$a$の値の範囲を求めよ．
(6)$a$が$(5)$で求めた範囲にあるとき，関数$f(x)$の極小値を$m(a)$とおく．$a$が$(5)$で求めた範囲を動くときの$m(a)$の最大値と，最大値を与える$a$の値を求めよ．

関数$f(x)=x^3-16x-2$について，以下の問いに答えよ．

(1)曲線$y=f(x)$を$y$軸方向に$6$だけ平行移動すると曲線$y=g(x)$となる．$g(x)$を求めよ．
(2)曲線$y=f(x)$を$x$軸方向に$2$だけ平行移動すると曲線$y=h(x)$となる．$h(x)$を求めよ．
(3)$y=g(x)$のグラフと$y=h(x)$のグラフの交点の座標を求めよ．
(4)$y=g(x)$のグラフと$y=h(x)$のグラフに囲まれた部分の面積を求めよ．