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佐藤一樹(桜田通)は、数学嫌いにもかかわらず、なんと数学専門の高校、私立町田数学専門高等学校に間違って転入してしまった。しかし、生徒たちは美少女揃い。その中でも別格の自由奔放な美少女・町田ニーナ(田中れいな)と出会う。ニーナは一樹を召使いに任命したりして、初対面から言いたい放題。 そんな二人のやりとりを見ていた立川さゆり(道重さゆみ)は、一樹が自分のスカートの中を見たと言いがかりをつける。そこにニーナが登場し一樹を助けるために、さゆりに数学バトルを挑む。さゆりは、自分のスカートの中を覗かれたことについて黒板にものすごいスピードで数式や図式を書いていく-

ニーナ(田中れいな)との数学バトルで惨敗したさゆり(道重さゆみ)だったが、落ち込んでいる様子はなかった。むしろニーナが数学番長になる手伝いをすると言い出した。ニーナは相変わらず一樹を冷たくパシリ扱い。だが、一樹は「数学の課題プリントをうつさせてやる」と言われただけで指示に従ってしまう。 ある日、担任の村木(鈴之助)が、1限目に行う予定だった小テストの問題用紙がなくなり、このことがクラスの中で話題に上がった。この件にミステリー好きで逮捕マニアの渋谷真実(矢島舞美)が食いつき犯人捜しを開始。そこで真実は一樹が犯人だと言い出した。一樹は否定するが、真実は執拗に犯人説を主張。どうしても譲らない真実にしびれを切らしたニーナは真実との数学バトルを始める。

ニーナ（田中れいな）が学食に行くとお目当てのトンコツラーメンが売り切れていた。学食のテーブルを見ると食いしんガールズと呼ばれている大久保冬美（須藤茉麻）と３人の子分、赤坂春（譜久村聖）、中野理子（生田衣梨奈）、大塚メイ（鈴木香音）がラーメンのどんぶりを積み上げていた。怒る二ーナを食いしんガールズたちは全く相手にしない。　翌朝、１０時にニーナは冬美たちに勝とうと学食へ向かうが既に先を越されていた。ニーナの闘争心はさらに盛り上がり、数学バトルを冬美に挑むが、開始直前に春が腹痛を訴え付き添いに保健室へ。　数学バトルは中止になったにも関わらず、翌日学食へ行くとトンコツラーメンは、冬美の提案でメニューから消え、新しいメニューに変わっていた－。

ニーナ(田中れいな)は、一樹(桜田通)に自分のメンタイコパンを取ったと言いがかりを付けていた。そこに風紀委員の青山彩葉(吉川友)が神宮貴子(徳永千奈美)と麻布未来(清水佐紀)を引き連れて現れた。彩葉は一樹の髪型が校則違反だと指摘するが、そんな細かい事気にするなという二ーナと険悪なムードに…。ドロボウ扱いされた一樹はフラフラと離れ校舎に向かう。その時、さゆり(道重さゆみ)が同じように離れ校舎の付近で目撃する。 翌日、離れ校舎の窓ガラスが割れたことが事件となり、風紀委員の彩葉、貴子、未来が犯人探しに乗り出す。そんなとき、離れ校舎付近でさゆりと一樹の姿を見たという証言が。校舎にいたことを認めた2人を犯人扱いする彩葉に対して2人の無罪を掛けて二ーナは数学バトルを挑む。

二ーナ（田中れいな）に召使いとしてこき使われる毎日に耐えきれなくなった一樹（桜田通）は、担任の村木（鈴之助）に本気で転校を懇願する。しかし、手続きが面倒な村木は受け流すだけで取り合わない。結局、転校することをあきらめて教室に戻った一樹は、上原優梨（鈴木愛理）に突然愛の告白をされる。その光景を目の当たりにしたニーナは付き合うのは勝手だが、学校にいる間は召使いとして一樹を借りると宣言する。そんな時、クラスで席替えをする事となった。何としても一樹との距離を縮めたい優梨は自ら抽選箱を作り、席替えを仕切ろうとするが、その方法に違和感を覚えた二ーナが異議を唱え、バトルへと突入する。

さゆり（道重さゆみ）は、登校時に声を掛けられたことをニーナ（田中れいな）、佐藤一樹（桜田通）、真実（矢島舞美）たちにナンパされたと浮かれながら話していた。授業が始まり、担任の村木（鈴之助）が転校生の原田ともこ（嗣永桃子）を紹介する。ともこは異常なハイテンションで自分が一番カワイイと豪語する不思議な女の子だ。そんなともこのキャラクターがさゆりとカブっている事に気付く一樹。恐る恐るさゆりの様子をうかがうと、凄い形相でともこを睨みつけていた。ともこに対して異常なまでにライバル心を抱くさゆり。二ーナになだめられ、ともこと打ち解けようとするが、和解することは無く、より一層2人は張り合う事となる。いつまでも決着がつかないため、さゆりとともこは数専伝統の方法でバトルする。

数学番長を目指し、バトルを繰り返す二ーナ（田中れいな）。そんな二ーナに憧れ、同じ格好をしている1年生、舞浜はる（高木紗友希）、八景島なつ（吉橋くるみ）、台場あき（田辺奈菜美）はニーナを遠くから見ているだけであった。同じ1年生の中でも渋谷真実（矢島舞美）に憧れる渋谷警備隊、大久保冬美（須藤茉麻）を慕っている食いしんガールズという派閥があり、覇権を争っていた。ある日、さゆり（道重さゆみ）がスマホを買ったことを自慢気に話していた時に、何でもできるスーパーガールと思われていたニーナが、実は携帯電話を持っていないことやＰＣは勿論のことあらゆる機械が苦手であることが発覚。それを知った舞浜はるたち３人は、憧れのニーナを超えるため、ＰＣを駆使して数学勝負を挑もうとする。

消費期限切れメンタイコパンをさゆり（道重さゆみ）が、捨ててしまったことが発端となり、ニーナ（田中れいな）とのケンカ騒動が勃発。一樹（桜田通）は仲裁に入るが二人は聞く耳を持たない。それでも一樹はさゆりに仲直りするように話しかけ続けていたら、立ち入り禁止とされている内部進学組のエリアであるエリートエリアに入ってしまう。慌てて戻ろうとするが、エリート組のリーダーである駒場聡子（中島早貴）とその友人、三田智子（岡井千聖）、四谷優子（萩原舞）の３人に見つかり捕らわれてしまう。役に立たないからと解放された一樹はニーナに助けを求めるがニーナは意地を張って助けに行こうとしない。一方、捕らわれの身のさゆりは誰も自分を助けに来てくれないことに絶望するが…。

一瞬、姉の姿を見た気がしたニーナ(田中れいな)はそのことが頭から離れなかった。そんな時、教育実習生としてやってきた好青年・イマワカ(牧田哲也)に真実(矢島舞美)が一目惚れしてしまう。ミステリー好きで逮捕マニアの真実が普通の女の子のように照れながらイマワカの話をしたり、恋の話に喜々とするさゆり(道重さゆみ)やニーナを見て、一樹(桜田通)はみんなが普通の女子高生に思えてくる。 ある日の下校時、一樹がバス停でイマワカを発見する。イマワカは周囲を気にしながら驚くべき行動に出た。翌日、一樹は勇気を振り絞ってその事実をニーナたちに伝えるが…。

ニーナ(田中れいな)たちのクラスに、またしても転校生がやってきた。名前は白金麗子(真野恵里菜)。超一流企業の社長令嬢。麗子は転校初日から校則を変えるなどと言い出したりしてやりたい放題。麗子の父親が学校でも有数のスポンサーであるため、担任の村木(鈴之助)も何も言えない。生徒や先生たちに賄賂を贈ってまで強引に校則を変更する麗子だったが、その変更はなぜかニーナたちのグループの人間に対して不利になるようなものばかりであった。 校則変更により教室には殺伐とした空気が漂う。そんな閉塞感を打ち破るために立ち上がった冬美(須藤茉麻)だったが麗子に完敗してしまう。麗子はただのお嬢様というわけではなく、かなり高い数学の実力の持ち主だった。そんな様子を見たニーナは遂に立ち上がる!

麗子（真野恵里菜）との変則ポーカーバトルで先制を許してしまった、ニーナ（田中れいな）さゆり（道重さゆみ）、一樹（桜田通）。３人だけでなく渋谷たちの退学が掛かっているだけに何が何でも負けられない最終戦、ニーナがあることに気付く。それはあくまでも、勝率を少しでも高めるための方法だった。ニーナのアイコンタクトでその方法に気付くさゆり。もう一人のメンバーである一樹は、ニーナたちの考えに気付けるのか？息を飲む最終戦の行方は?!そして、怒涛の様にニーナたちは最後の戦いである『ファイナルバトル』へと引き込まれていく。

ファイナルバトルの場で、ついに姉のきいなを発見したニーナ(田中れいな)。数学番長となった姉は数学界に革命を起こすべく、学校から姿を消し、数学の腕を磨き、ひたすらストイックに修行を重ねていた。その結果、目の前にいる姉はニーナの知っている姉ではなくなっていた。 性格がガラリと変わってしまった姉のきいなは、容赦なく妹のニーナにラストバトルを挑む。きいなのあまりの変わりようにショックを受け何もできないまま打ちのめされるだけのニーナ。そんなニーナの姿を見て耐えきれなくなったさゆり(道重さゆみ)と一樹(桜田通)は、ニーナの好物であるメンタイコパンを渡し、元気を取り戻させようとする。仲間の友情とメンタイコパンによって復活したニーナは姉のきいなを倒し、数学番長になれるのか!?