定数$a$を正の実数とする．放物線$C:y=ax^2$上の点$\mathrm{P}$の$x$座標を$t$とする．$\mathrm{P}$における$C$の法線を$\ell$とし，$C$と$\ell$で囲まれた部分の面積を$S$とする．ただし，$t>0$とする．以下の問いに答えよ．

(1)$C$と$\ell$の$\mathrm{P}$以外の交点を$\mathrm{Q}$とする．$\mathrm{Q}$の$x$座標を$a,\ t$を用いて表せ．
(2)$S$を$a,\ t$を用いて表せ．
(3)$S$が最小となるときの$t$を$a$を用いて表せ．

$xy$平面上に$2$直線
\[ \ell:y=-x+5,\quad m:y=3x-3 \]
が与えられている．曲線$C$は，$y=x^2$を平行移動した放物線であり，$\ell$と点$\mathrm{P}$で接し，$m$と点$\mathrm{Q}$で接しているとする．

(1)$C$の方程式を求めよ．
(2)$\mathrm{P}$と$\mathrm{Q}$の座標をそれぞれ求めよ．
(3)$C$と$\ell,\ m$で囲まれた部分の面積を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)$a$を正の定数とするとき，関数
\[ f(x)=\log (x+\sqrt{a+x^2}) \]
の導関数$f^\prime(x)$を求めよ．
(2)$t=\sqrt{3}\tan \theta$とおくことにより，定積分
\[ I=\int_0^1 \frac{dt}{\sqrt{(3+t^2)^3}} \]
を求めよ．
(3)$0 \leqq x \leqq 1$であるすべての$x$に対して，不等式
\[ \int_0^x \frac{dt}{\sqrt{(3+t^2)^3}} \geqq k \int_0^x \frac{dt}{\sqrt{3+t^2}} \]
が成り立つための実数$k$の範囲を求めよ．ただし，$\log 3=1.10$とする．

$(1)$の問いに答えよ．また，$(2)$から$(6)$までの空欄をうめよ．

(1)次の積分を求めよ．ただし，積分定数は省略してもよい．

(i) $\displaystyle \int_1^e x \log x \, dx=[　]$
(ii) $\displaystyle \int \sin^3 x \cos x \, dx=[　]$

(2)$y=\sqrt[5]{2x-1}$のとき，$\displaystyle \frac{dy}{dx}=[　]$である．
(3)方程式$2^{x^2-1}4^{x+2}=8^{x+3}$の解は$x=[　]$である．
(4)方程式$\log_3(x-5)=2-\log_3(x+3)$の解は$x=[　]$である．
(5)2直線$y=3x$と$\displaystyle y=\frac{x}{3}$のなす角を$\theta$とするとき，$\tan \theta=[　]$である．ただし，$\displaystyle 0<\theta<\frac{\pi}{2}$とする．
(6)座標平面上で次の連立不等式
\[ \left\{
\begin{array}{l}
|x|+|y| \leqq 2 \\
x^2+y^2 \geqq 2
\end{array}
\right. \]
の表す領域の面積は[　]である．

次の問いに答えよ．

(1)$(\log_5 7+\log_{25}7) \log_7 x=6$をみたす$x$の値を求めよ．
(2)$2$次方程式$x^2+8x+c=0$の$2$つの解を$\alpha,\ \beta$とする．$\displaystyle \sum_{k=1}^\infty (\alpha-\beta)^{2k}=3$のとき，定数$c$の値を求めよ．
(3)袋の中に青球$5$個，緑球$4$個，黄球$2$個，赤球$2$個，白球$2$個，黒球$1$個が入っている．この袋にさらに$n$個の赤球と$5-n$個の白球を加える．この袋から同時に$2$個の球を取り出すとき，取り出された$2$個の球が同じ色でない確率が$\displaystyle \frac{5}{6}$となる$n$の値を求めよ．

関数$f(x),\ g(x),\ h(x),\ k(x)$を次のように定める．

$f(x)=\cos x+(x+1) \sin x+1$
$g(x)=(\pi-x) \{ x^2-(2+2\pi)x+1+2\pi+\pi^2 \}$

$\displaystyle h(x)=\frac{g(x)-|g(x)|}{2}$

$\displaystyle k(x)=\frac{f(x)+|f(x)|}{2}+h(x)$


(1)関数$f(x)$の値の増減を$\displaystyle 0 \leqq x \leqq \frac{11}{6}\pi$において調べ，グラフの概形をかけ．
(2)関数$h(x)$の値の増減を$\displaystyle 0 \leqq x \leqq \frac{11}{6}\pi$において調べ，グラフの概形をかけ．
(3)$x$が$\displaystyle 0 \leqq x \leqq \frac{11}{6}\pi$の範囲を動くとき，$k(x)$の最大値と最小値，およびそれらをとる$x$の値を求めよ．

曲線$C:y=\sqrt{4x-x^2-3} (1 \leqq x \leqq 3)$について，次の問いに答えよ．

(1)曲線$C$のグラフをかけ．
(2)$k$は定数とする．直線$y=x+k$と曲線$C$が接する点$\mathrm{P}$の座標を求めよ．
(3)$2$点$\mathrm{A}(0,\ 1)$，$\mathrm{B}(3,\ 4)$がある．点$\mathrm{Q}$が曲線$C$上を動くとき，$\triangle \mathrm{ABQ}$の面積の最小値を求めよ．

楕円$\displaystyle O:\frac{x^2}{3}+y^2=1$，直線$\ell:y=x-\alpha (\alpha>0)$，直線$m_t:y=-x+t$がある．楕円$O$と直線$\ell$が接しているとき，次の問いに答えよ．

(1)$\alpha$の値を求めよ．また，楕円$O$と直線$m_t$が$2$個の共有点をもつように，$t$の値の範囲を定めよ．
(2)直線$\ell$と直線$m_t$の交点を点$\mathrm{H}$とするとき，点$\mathrm{A}(0,\ -2)$と点$\mathrm{H}$との距離$s$を$t$を用いて表せ．また，楕円$O$と直線$m_t$が$2$個の共有点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$をもつとき，$(\mathrm{PH})^2-(\mathrm{QH})^2$を$t$を用いて表せ．ただし，$\mathrm{PH}>\mathrm{QH}$とする．
(3)楕円$O$を直線$\ell$のまわりに$1$回転してできる回転体の体積$V$を求めよ．

次の$2$つの円$C_1$と円$C_2$がある．このとき，以下の各問に答えよ．
\[ \left\{ \begin{array}{ll}
C_1: & x^2+y^2-9=0 \\
C_2: & x^2-2x+y^2-6y-7=0 \phantom{\frac{[　]}{2}}
\end{array} \right. \]

(1)円$C_2$の中心の座標と半径を求めよ．
(2)円$C_1$と円$C_2$の$2$つの交点を通る直線の方程式を求めよ．
(3)$(2)$で求めた直線と円$C_2$の中心との距離を求めよ．
(4)円$C_1$と円$C_2$の$2$つの交点と点$(-2,\ -2)$を通る円の方程式を求めよ．

経済学において，企業とは自社の利益を最大にすることを目標に活動している組織であり，企業の利益は「売上総額$-$生産費用」で計算されると考えられている．

いま，ある企業が$1$日$x$台（ただし$x \geqq 0$とする）の太陽光パネルを生産している．その$1$台あたりの販売価格$p$万円および$x$台生産するための生産費用$c$万円は，生産台数$x$の関数で表され，それぞれ$p=-4x+a$，$c=x^2+b$である（$a,\ b$は定数である）．ただし，太陽光パネルの生産台数は工場の生産能力の限界により，$1$日$10$台までに制限されている．また，生産した太陽光パネルはその日のうちにすべて売却している．このとき，以下の各問に答えよ．

(1)この企業の$1$日あたりの利益$f(x)$を生産台数$x$の関数で表せ．
(2)$a=80$，$b=200$のとき，$1$日あたりの利益を最大にするための生産台数とそのときの利益を求めよ．
(3)$a=150$，$b=300$のとき，$1$日あたりの利益を最大にするための生産台数とそのときの利益を求めよ．
(4)$a=40$のとき，この企業がどのような生産台数を選んだとしても赤字にならない（選択可能なすべての$x$に対して，$f(x) \geqq 0$となる）$b$の範囲を求めよ．