\(3\) 次関数 \(f(x) = x^3-3x^2-4x+k\) について, 次の問いに答えよ. ただし, \(k\) は定数とする.

1. (1)　\(f(x)\) が極値をとるときの \(x\) を求めよ.

2. (2)　方程式 \(f(x)=0\) が異なる \(3\) つの整数解をもつとき, \(k\) の値およびその整数解を求めよ.

次の問いに答えよ.

1. (1)　\(0 \leqq x \leqq \pi\) において, \(\big| \cos x \big| = \sin x\) を満たす \(x\) を求め, \(0 \leqq x \leqq \pi\) において, \(\cos ( \cos x )\) , \(\cos ( \sin x )\) の大小を比較せよ.

2. (2)　\(\alpha \geqq 0\) , \(\beta \geqq 0\) , \(\alpha +\beta \lt \dfrac{\pi}{2}\) のとき, \(\cos \alpha \gt \sin \beta\) となることを示し, \(0 \leqq x \leqq \pi\) において, \(\cos ( \cos x ) \gt \sin ( \sin x )\) を示せ.

\(1\) 辺の長さが \(1\) の正四面体 OABC において, \(3\) 辺 OA , OB , AC 上にそれぞれ点 D , E , F を \(\text{OD} = \dfrac{1}{2}\) , \(\text{OE} = t \ ( 0 \lt t \lt 1 )\) , \(\text{AF} = \dfrac{2}{3}\) となるようにとる. \(\overrightarrow{\text{OA}} = \overrightarrow{a}\) , \(\overrightarrow{\text{OB}} = \overrightarrow{b}\) , \(\overrightarrow{\text{OC}} = \overrightarrow{c}\) とおくとき, 次の問いに答えよ.

1. (1)　\(\overrightarrow{\text{DE}} , \overrightarrow{\text{DF}}\) を \(\overrightarrow{a} , \overrightarrow{b} , \overrightarrow{c} , t\) を用いて表せ.

2. (2)　\(\overrightarrow{\text{DE}} \perp \overrightarrow{\text{DF}}\) のとき, \(t\) の値を求めよ.

3. (3)　\(3\) 点 D , E , F が定める平面が直線 BC と交わる点を G とするとき, 線分 BG の長さを \(t\) を用いて表せ.

\(xy\) 平面上の \(2\) 曲線 \(C _ 1 : \ y= \dfrac{\log x}{x}\) と \(C _ 2 : \ y = ax^2\) は点 P を共有し, P において共通の接線をもっている. ただし, \(a\) は定数とする. 次の問いに答えよ.

1. (1)　関数 \(y = \dfrac{\log x}{x}\) の増減, 極値, グラフの凹凸, 変曲点を調べ, \(C _ 1\) の概形を描け. ただし, \(\displaystyle\lim _ {x \rightarrow \infty} \dfrac{\log x}{x}=0\) は証明なしに用いてよい.

2. (2)　P の座標および \(a\) の値を求めよ.

3. (3)　不定積分 \(\displaystyle\int \left( \dfrac{\log x}{x} \right)^2 \, dx\) を求めよ.

4. (4)　\(C _ 1 , C _ 2\) および \(x\) 軸で囲まれる部分を, \(x\) 軸のまわりに \(1\) 回転してできる立体の体積 \(V\) を求めよ.

\(xy\) 平面上に直線 \(l\) がある. 行列 \(A = \left( \begin{array}{cc} a & b \\ c & d \end{array} \right)\) の表す \(1\) 次変換 \(f\) は, 次の (i) , (ii) , (iii) を満たす.

1. (i)　平面の点の \(f\) による像はすべて \(l\) 上にある.

2. (ii)　\(f\) は \(l\) の点をすべて原点に移す.

3. (iii)　点 P が円 \(x^2-2x+y^2-2y+1=0\) 上を動くとき, \(f\) による P の像の \(x\) 座標は最大値 \(1+\sqrt{5}\) , 最小値 \(1-\sqrt{5}\) をとる.

次の問いに答えよ.

1. (1)　\(A\) を求めよ. また \(l\) の方程式を求めよ.

2. (2)　(iii) で最大値 \(1+\sqrt{5}\) をとるときの P の座標を求めよ.