$a,\ b$を正の実数とする．$xy$平面内の楕円$\displaystyle C:\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1$上の点$\mathrm{P}$における$C$の接線を$\ell$とする．$\mathrm{P}$を媒介変数表示により$\mathrm{P}(a \cos t,\ b \sin t) (0 \leqq t<2\pi)$とするとき，次の問いに答えよ．

(1)直線$\ell$の方程式を求めよ．
(2)$t$が$\displaystyle 0<t<\frac{\pi}{2}$の範囲にあるとき，直線$\ell$に直交し，楕円$C$上の点$\mathrm{Q}(a \cos \theta,\ b \sin \theta)$ $(0<\theta<\pi)$で$C$に接する直線を$m$とする．接点$\mathrm{Q}$の座標を$a,\ b,\ t$を用いて表し，直線$m$の方程式を求めよ．
(3)$t$が$\displaystyle 0<t<\frac{\pi}{2}$の範囲にあるとき，直線$\ell$と$(2)$で求めた直線$m$との交点を$\mathrm{R}$とする．線分$\mathrm{OR}$の長さを求めよ．ただし$\mathrm{O}$は原点とする．

$k$を実数とし，円$x^2+y^2=1$と直線$x+2y=k$が異なる$2$点で交わるものとする．その$2$つの交点を$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$とする．次の問いに答えよ．

(1)$k$の値の範囲を求めよ．
(2)$2$点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$を通る円の中心は直線$y=2x$上にあることを示せ．
(3)上の$(2)$の円の中心を$(a,\ 2a)$，半径を$r$とする．$r^2$を$a$と$k$で表せ．
(4)点$\mathrm{R}$の座標を$(2,\ 1)$とする．$k$の値が$(1)$で求めた範囲を動くとき，$3$点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$，$\mathrm{R}$を通る円の中心の$x$座標の範囲を求めよ．

$k$を実数とし，円$x^2+y^2=1$と直線$x+2y=k$が異なる$2$点で交わるものとする．その$2$つの交点を$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$とする．次の問いに答えよ．

(1)$k$の値の範囲を求めよ．
(2)$2$点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$を通る円の中心は直線$y=2x$上にあることを示せ．
(3)上の$(2)$の円の中心を$(a,\ 2a)$，半径を$r$とする．$r^2$を$a$と$k$で表せ．
(4)点$\mathrm{R}$の座標を$(2,\ 1)$とする．$k$の値が$(1)$で求めた範囲を動くとき，$3$点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$，$\mathrm{R}$を通る円の中心の$x$座標の範囲を求めよ．

すべての実数$x,\ y$に対して不等式
\[ \frac{1}{1+x^2+(y-x)^2} \leqq \frac{a}{1+x^2+y^2} \]
が成り立つとき，$a$の値の範囲を求めよ．

次の問いに答えなさい．

(1)$a,\ b$を正の実数とするとき，不等式
\[ a^3+b^3 \geqq a^2b+ab^2 \]
が成り立つことを示しなさい．
(2)$2$次方程式
\[ 2x^2-kx+1=0 \]
が，$0<x<1$および$1<x<2$の範囲に解を$1$つずつもつとき，定数$k$の値の範囲を求めなさい．
(3)正の実数$x,\ y,\ z$が
\[ \frac{yz}{x}=\frac{zx}{4y}=\frac{xy}{9z} \]
を満たすとする．このとき，式
\[ \frac{x+y+z}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}} \]
の値を求めなさい．

円$C:x^2+y^2=2$と直線$\ell:x+y=k$が異なる$2$点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$で交わっているとする．

(1)$k$の値の範囲を求めなさい．
(2)$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$の$x$座標をそれぞれ$\alpha$，$\beta$とするとき，$\alpha+\beta$および$\alpha \beta$を$k$を用いて表しなさい．
(3)線分$\mathrm{PQ}$の長さを$k$を用いて表しなさい．
(4)円$C$上の点$\mathrm{A}(-1,\ -1)$について
\[ 2 \mathrm{PQ}=\mathrm{AP} \]
となるときの$k$の値を求めなさい．

円$C:x^2+y^2=2$と直線$\ell:x+y=k$が異なる$2$点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$で交わっているとする．

(1)$k$の値の範囲を求めなさい．
(2)$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$の$x$座標をそれぞれ$\alpha$，$\beta$とするとき，$\alpha+\beta$および$\alpha \beta$を$k$を用いて表しなさい．
(3)線分$\mathrm{PQ}$の長さを$k$を用いて表しなさい．
(4)円$C$上の点$\mathrm{A}(-1,\ -1)$について
\[ 2 \mathrm{PQ}=\mathrm{AP} \]
となるときの$k$の値を求めなさい．

$\mathrm{O}$を原点とする$xy$平面上に円$C:x^2+y^2=r^2$と放物線$\displaystyle D:y=\frac{1}{2}x^2-t$がある．ただし$r$と$t$はそれぞれ正の実数の定数とする．点$(0,\ -55)$から放物線$D$に傾きが正の接線を引くとき，その接線の傾きは$3 \sqrt{6}$である．放物線$D$上には$x$座標がそれぞれ$-4 \sqrt{3}$，$4 \sqrt{3}$である点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$があり，円$C$はこの$2$点$\mathrm{P}$，$\mathrm{Q}$を通る．このとき，

(1)$t=[$40$][$41$]$である．
(2)$r=[$42$]$である．
(3)円$C$と$2$線分$\mathrm{OP}$，$\mathrm{OQ}$で囲まれる$2$つの扇形のうち，$\angle \mathrm{POQ}$が$\pi$より小さい方の面積は$\displaystyle \frac{[$43$][$44$]}{[$45$]} \pi$である．
(4)円$C$と放物線$D$で囲まれた図形のうち，
\[ \left\{ \begin{array}{l}
x^2+y^2 \geqq r^2 \\
y \geqq \displaystyle\frac{1}{2}x^2-t
\end{array} \right. \]
で表される図形の面積は$\displaystyle [$46$][$47$][$48$] \sqrt{[$49$]}-\frac{[$50$][$51$]}{[$52$]} \pi$である．

次の問いに答えよ．

(1)$3$次方程式$x^3+1=0$の$-1$でない解の$1$つを$\alpha$とするとき，
\[ (3+7 \alpha)(7+3 \alpha)-4(1+\alpha^2)=[ア] \alpha \]
となる．
(2)三角形$\mathrm{ABC}$において，
\[ \mathrm{AB}=2,\quad \angle \mathrm{ACB}=\frac{\pi}{4},\quad \angle \mathrm{BAC}=\frac{\pi}{3} \]
であるとき，$\mathrm{AC}=[イ]$である．
(3)$X=\left( \begin{array}{rr}
2 & 1 \\
-2 & -1
\end{array} \right)$，$Y=\left( \begin{array}{rr}
-3 & 0 \\
0 & -3
\end{array} \right)$および自然数$n$に対し，
\[ 3X^n-5X^3Y+X^2Y^2+XY^3+Y^n=\left( \begin{array}{cc}
[ウ] & [エ] \\
[オ] & [カ]
\end{array} \right) \]
となる．
(4)$a,\ b$を$a>0$，$b>1$となる実数とする．放物線$y=-ax^2+b$と円$x^2+y^2=1$の共有点が$2$個であるための必要十分条件は，$b=[キ]$かつ$a>[ク]$が成り立つことである．ただし，$[キ]$には$a$の式，$[ク]$には数を記入すること．

円$x^2+y^2=2$と直線$y=2x+k$は相異なる$2$点$\mathrm{A}$，$\mathrm{B}$で交わる．$\triangle \mathrm{OAB}$の面積を$S$とする（$\mathrm{O}$は原点）．$S$が最大となるときの$k$の値を$M$としたとき，$M^2$の値を求めよ．