\(n , k\) を \(2\) 以上の自然数とする. \(n\) 個の箱の中に \(k\) 個の玉を無作為に入れ, 各箱に入った玉の個数を数える. その最大値と最小値の差が \(\ell\) となる確率を \(P _ {\ell} \ ( 0 \leqq \ell \leqq k )\) とする. このとき, 以下の問に答えよ.
(1) \(n = 2\) , \(k = 3\) のとき, \(P_0 , P_1 , P_2 , P_3\) を求めよ.
(2) \(n \geqq 2\) , \(k = 2\) のとき, \(P_0 , P_1 , P_2\) を求めよ.
(3) \(n \geqq 3\) , \(k = 3\) のとき, \(P_0 , P_1 , P_2 , P_3\) を求めよ.
正四面体 OABC に対し, 三角形 ABC の外心を M とし, M を中心として点 A, B, C を通る球面を \(S\) とする. また, \(S\) と辺 OA, OB, OC との交点のうち, A, B, C とは異なるものをそれぞれ D, E, F とする. さらに, \(S\) と三角形 OAB の共通部分として得られる弧 DE を考え, その弧を含む円周の中心を G とする. \(\overrightarrow{a} = \overrightarrow{\text{OA}}\) , \(\overrightarrow{b} = \overrightarrow{\text{OB}}\) , \(\overrightarrow{c} = \overrightarrow{\text{OC}}\) として, 以下の問に答えよ.
(1) \(\overrightarrow{\text{OD}} , \overrightarrow{\text{OE}} , \overrightarrow{\text{OF}} , \overrightarrow{\text{OG}}\) を \(\overrightarrow{a} , \overrightarrow{b} , \overrightarrow{c}\) を用いて表せ.
(2) 三角形 OAB の面積を \(S_1\) , 四角形 ODGE の面積を \(S_2\) とするとき, \(S_1 : S_2\) をできるだけ簡単な整数比により表せ.
\(xy\) 平面において \(2\) つの円 \[\begin{align} C _ 1 \ & : \ x^2 -2x +y^2 +4y -11 = 0 \ , \\ C _ 2 \ & : \ x^2 -8x +y^2 -4y +k = 0 \end{align}\] が外接するとし, その接点を P とする. 以下の問いに答えよ.
(1) \(k\) の値を求めよ.
(2) P の座標を求めよ.
(3) 円 \(C_1\) と円 \(C_2\) の共通接線のうち点 P を通らないものは \(2\) 本ある. これら \(2\) 直線の交点 Q の座標を求めよ.
\(t = \sin \theta +\cos \theta\) とし, \(\theta\) は \(-\dfrac{\pi}{2} \lt \theta \lt \dfrac{\pi}{2}\) の範囲を動くものとする.
(1) \(t\) のとりうる値の範囲を求めよ.
(2) \(\sin^3 \theta +\cos^3 \theta\) と \(\cos 4 \theta\) を, それぞれ \(t\) を用いて表せ.
(3) \(\sin^3 \theta +\cos^3 \theta = \cos 4 \theta\) であるとき, \(t\) の値をすべて求めよ.
O を原点とする座標空間において, \(3\) 点 A \(( -2 , 0 , 0 )\) , B \(( 0 , 1 , 0 )\) , C \(( 0 , 0 , 1 )\) を通る平面を \(\alpha\) とする. \(2\) 点 P \(( 0 , 5 , 5 )\) , Q \(( 1 , 1 , 1 )\) をとる. 点 P を通り \(\overrightarrow{\text{OQ}}\) に平行な直線を \(\ell\) とする. 直線 \(\ell\) 上の点 R から平面 \(\alpha\) に下した垂線と \(\alpha\) の交点を S とする. \(\overrightarrow{\text{OR}} = \overrightarrow{\text{OP}} +k \overrightarrow{\text{OQ}}\) （ただし \(k\) は実数）とおくとき, 以下の問いに答えよ.
(1) \(k\) を用いて, \(\overrightarrow{\text{AS}}\) を成分で表せ.
(2) 点 S が \(\triangle \text{ABC}\) の内部または周にあるような \(k\) の値の範囲を求めよ.
\(p , q\) を定数とし, \(0 \lt p \lt 1\) とする. \[\begin{align} \text{曲線} \ C_1 \ & : \ y = p x^{\frac{1}{p}} \quad ( x \gt 0 ) \quad \text{と, } \\ \text{曲線} \ C_2 \ & : \ y = \log x +q \quad ( x \gt 0 ) \end{align}\] が, ある \(1\) 点 \(( a , b )\) において同じ直線に接するとする. 曲線 \(C_1\) , 直線 \(x = a\) , 直線 \(x = e^{-q}\) および \(x\) 軸で囲まれた図形の面積を \(S_1\) とする. また, 曲線 \(C_2\) , 直線 \(x = a\) および \(x\) 軸で囲まれた図形の面積を \(S_2\) とする.
(1) \(q\) を \(p\) を用いて表せ.
(2) \(S_1 , S_2\) を \(p\) を用いて表せ.
(3) \(\dfrac{S_2}{S_1} \geqq \dfrac{3}{4}\) であることを示せ. ただし, \(2.5 \lt e \lt 3\) を用いてよい.
O を原点とする \(xy\) 平面において, 点 A \(( -1 , 0 )\) と点 B \(( 2 , 0 )\) をとる. 円 \(x^2 +y^2 = 1\) の, \(x \geqq 0\) かつ \(y \geqq 0\) を満たす部分を \(C\) とし, また点 B を通り \(y\) 軸に平行な直線を \(\ell\) とする. \(2\) 以上の整数 \(n\) に対し, 曲線 \(C\) 上に点 P, Q を \[ \angle \text{POB} = \dfrac{\pi}{n} \ , \ \angle \text{QOB} = \dfrac{\pi}{2n} \] を満たすようにとる. 直線 AP と直線 \(\ell\) の交点を V とし, 直線 AQ と直線 \(\ell\) の交点を W とする. 線分 AP, 線分 AQ および曲線 \(C\) で囲まれた図形の面積を \(S(n)\) とする. また線分 PV, 線分 QW, 曲線 \(C\) および線分 VW で囲まれた図形の面積を \(T(n)\) とする.
(1) \(\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} n \{ S(n) +T(n) \}\) を求めよ.
(2) \(\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} \dfrac{T(n)}{S(n)}\) を求めよ.