問題文全文(内容文)：
大問1：小問集合
(1)$(a+3{)}^3$を展開せよ。
(2)${\displaystyle \frac{x-3}{x^2+x}}+{\displaystyle \frac{x+9}{x^2+3x}}$を計算せよ。
(3)2次関数$y=x^2+2x(-2\leqq x\leqq 2)$における最大値をM、最小値をmとして、M-mを求めよ。
(4)iを虚数単位とする。${\displaystyle \frac{7+3i}{1+i}}$をa+bi (a,bは実数の形で表せ。 )
(5)$0°\leqq \theta <180°、\sin \theta +\cos \theta ={\displaystyle \frac{1}{2}}$のとき、$\sin \theta \mathrm{・}\cos \theta$と$\cos \theta -\sin \theta$を求めよ。
(6)異なる5冊の本をAとBの2人に分けるとき、1冊ももらわない人がいてもよいな らば、分け方は何通りか。 また、区別のつかない5冊のノートをAとBの2人に分けるとき、1冊ももらわない 人がいてもよいならば、分け方は何通りか。

大問2-1：2次関数
実数xについての2つの不等式 $a{x}^2+2ax-2a+1\leqq 0$・・・①
$|x-2|\leqq 1$・・・② がある。
ただし、aは0でない実数の定数とする。
(1)$a=-1$のとき、①を解け。
(2)②を解け。
(3)②を満たすすべてのxが①を満たすようなaの値の範囲を求めよ。

大問2-2：図形と計量
三角形ABCにおいて、$AB=7、BC=8、CA=3$とする。
(1)$\cos \mathrm{\angle }BAC$の値を求めよ。
(2)三角形ABCの面積を求めよ。
(3)三角形ABCの外接円において、点Aを含まない方の弧BC上に、$\sin \mathrm{\angle }BCP:\sin \mathrm{\angle }CBP=1:3$となるように点Pをとる。
このとき、線分BPの長さと四角形 ABPCの面積を求めよ。

大問3：確率
袋の中に、当たりくじ6本と、はずれくじ4本の合計10本のくじが入っている。
袋 からくじを引くときは、1回につき同時に2本のくじを引くものとし、2本とも当 たりくじを引くことを「大当り」と呼ぶこととする。
(1)袋からくじを1回引くとき、「大当り」となる確率を求めよ。
(2)A,B,C,Dの4人がこの順に袋からくじを1回ずつ引く。ただし、引いたくじはす べて毎回袋に戻す。
(i)4人とも、「大当り」とならない確率を求めよ。
(ii)4人のうち1人だけが「大当り」となる確率を求めよ。
(iii)2人以上が続けて「大当り」とならない確率を求めよ。
(3)A,B,C,D,Eの5人がこの順に袋からくじを1回ずつ引く。ただし、引いたくじは すべて袋に戻さない。このとき、5人のうち2人だけが「大当り」となる確率を求めよ。

大問4：整数の性質
(1)x,zは0以上の整数とする。
(i)$z=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10$について、$2^z$を7で割ったときの余りを順に書き 並べよ。ただし、2⁰=1とする。
(ii)x,zは等式 $7x=2^z+3$・・・① を満たしている。$0\leqq z\leqq 10$のとき、等式①を満たすx,zの組(x,z)をすべて求めよ。
(2)0以上の整数x,y,zが、等式 $(4x+3y)(x-y)=2^z$・・・② を満たしている。
(i)xが奇数、yが偶数、z=5のとき、等式②を満たすx,yの組(x,y)をすべて求めよ。
(ii)xが奇数、yが偶数、0≦z≦20のとき、等式②を満たすx,y,zの組(x,y,z)の個数 を求めよ。
(iii)z=100で、xとyは偶奇を問わないとき、等式②を満たすx,yの組(x,y)の個数 を求めよ。

大問5：式と証明、複素数と方程式
aを実数の定数とする。xの3次式 $P(x)=x^3+3x^2+3x+a$ があり、$P(-2)=0$を満たす。
(1)aの値を求めよ。
(2)方程式$P(x)=0$を解け。
(3)方程式$P(x)=0$の虚数解のうち、虚部が正であるものを$\alpha$、虚部が負であるもの を$\beta$と表す。また、方程式$P(x)=0$の実数解を$\gamma$と表す。さらに、$A=\alpha +1、B=\beta +1、C=\gamma +1$とする。
(i)$A^2+B^2、A^3、B^3$の3つの値をそれぞれ求めよ。
(ii)nを2020以下の正の整数とする。$A^n+B^n+C^n=0$を満たすnの個数を求めよ。

大問6：三角関数
$\theta$の関数 $f(\theta )={\displaystyle \frac{1}{2\sin 2\theta }}-\sqrt{2}k\cos (\theta -{\displaystyle \frac{\pi }{4}})+k^2$ がある。ただし、kは正の定数である。
(1)$\sin 2\theta ,\cos (\theta -{\displaystyle \frac{\pi }{4}})$のそれぞれを$\sin \theta 、\cos \theta$を用いて表せ。
(2)(i)f($\theta$)を$(\sin \theta -p)(\cos \theta -q)$(p,qは定数)の形で表せ。$(ii)k={\displaystyle \frac{\sqrt{3}}{2}}$のとき、方程式$f(\theta )=0$を$0\leqq \theta <2\pi$において解け。
(3)θの方程式$f(\theta )=0$が$0\leqq \theta <2\pi$において相異なる4個の解をもつようなkの値の範 囲を求めよ。
(4)(3)のとき、θの方程式$f(\theta )=0$の$0\leqq \theta <2\pi$における最小の解を$\alpha$、最大の解を$\beta$と する。$\alpha +\beta ={\displaystyle \frac{5\pi }{3}}$となるようなkの値を求めよ。

大問7：ベクトル
三角形OABがあり、$OA=2,OB=1,\mathrm{\angle }AOB=120°$である。辺OAの中点をCとし、線分ABを1:2に内分する点をDとする。また$OB=a,OB=b$とする
(1)OC、ODをそれぞれa,bを用いて表せ。また、内積a・bの値を求めよ。
(2)$OH=kOD$(kは実数)と表される点Hがある。$CT\perp OD$となるとき、kの値を求め、OHをa,bを用いて表せ。
(3)直線ODに関して点Cと対称な点をEとする。OEをa,bを用いて表せ。
(4)直線AB上にAと異なる点Pを$\mathrm{\angle }AOD=\mathrm{\angle }POD$となるようにとる。OPをa,bを用いて表せ。