수리논술, 이게 다다.

자연계열 (오후) 2번

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문제

[문항 2] (50점) 다음 제시문을 읽고 문제에 답하시오.

(가) 서로 다른 세 장의 카드 ‘가위카드’, ‘바위카드’, ‘보카드’와 1번에서 n\displaystyle n번(n≥3\displaystyle n\ge3)까지 차례대로 번호가 적혀있는 n\displaystyle n개의 자리가 있다. 이 카드 세 장을 서로 다른 자리에 한 장씩 놓는 것을 ‘카드배열’이라 하고 어떤 두 카드의 자리 번호의 차가 1이면 두 카드는 ‘이웃한다’고 하자. 예를 들어 n=4\displaystyle n=4일 때, [그림 2]와 [그림 3]의 카드배열은 서로 다른 배열이다. [그림 2]의 카드배열에서 보카드와 바위카드는 이웃하고 가위카드와 보카드는 이웃하지 않는다.

서로 다른 두 카드배열에서 가위·바위·보의 위치

(나) n=3\displaystyle n=3일 때, 카드의 이름을 차례로 써서 카드배열을 나타내자. 예를 들어 [그림 4]의 카드배열은 (가위/바위/보)로 나타낸다.

세 자리에 순서대로 가위, 바위, 보를 놓은 카드배열

n=3\displaystyle n=3이고 정의역과 공역이 모두 {1,2,3}\displaystyle \{1,2,3\}인 함수 f\displaystyle f가 주어졌을 때, 다음 <규칙>을 따르는 카드배열을 ‘f\displaystyle f-카드배열’이라 하자. 가위카드는 보카드를 이기고 보카드는 바위카드를 이기며 바위카드는 가위카드를 이긴다.<규칙>① 1번 자리에 놓인 카드를 이기는 카드는 자리 번호가 f(1)\displaystyle f(1) 이하이다.② 2번 자리에 놓인 카드를 이기는 카드는 자리 번호가 f(2)\displaystyle f(2) 이하이다.③ 3번 자리에 놓인 카드를 이기는 카드는 자리 번호가 f(3)\displaystyle f(3) 이하이다.

예를 들어 함수 f:{1,2,3}→{1,2,3}\displaystyle f:\{1,2,3\}\to\{1,2,3\}에 대하여 f(1)=2\displaystyle f(1)=2, f(2)=3\displaystyle f(2)=3, f(3)=2\displaystyle f(3)=2이면 (바위/보/가위)는 f\displaystyle f-카드배열이다. (가위/보/바위)는 가위카드가 놓인 자리 번호가 1이므로 바위카드의 자리 번호는 f(1)=2\displaystyle f(1)=2 이하이어야 하는데 그렇지 않으므로 f\displaystyle f-카드배열이 아니다.

[문제 2-1] (15점)제시문 (가)를 읽고 물음에 답하시오.(1) (5점) n=7\displaystyle n=7일 때, 카드배열의 개수를 구하시오.(2) (5점) n=9\displaystyle n=9일 때, 다음을 만족시키는 카드배열의 개수를 구하시오.

(가위카드의 자리 번호) < (바위카드의 자리 번호) < (보카드의 자리 번호)

(3) (5점) n=11\displaystyle n=11일 때, 가위카드와 보카드가 이웃하는 카드배열의 개수를 구하시오.

[문제 2-2] (35점)제시문 (가)와 (나)를 읽고 물음에 답하시오.(1) (10점) 함수 f:{1,2,3}→{1,2,3}\displaystyle f:\{1,2,3\}\to\{1,2,3\}에 대하여 f(1)=2\displaystyle f(1)=2, f(2)=3\displaystyle f(2)=3, f(3)=3\displaystyle f(3)=3일 때, f\displaystyle f-카드배열을 모두 구하시오.(2) (12점) g(1)=2\displaystyle g(1)=2이고 g\displaystyle g-카드배열이 존재하도록 하는 함수 g:{1,2,3}→{1,2,3}\displaystyle g:\{1,2,3\}\to\{1,2,3\}을 모두 구하시오.(3) (13점) 명제 ‘모든 카드배열이 h\displaystyle h-카드배열이다.’가 참이 되도록 하는 함수 h:{1,2,3}→{1,2,3}\displaystyle h:\{1,2,3\}\to\{1,2,3\}을 모두 구하시오. (단, n=3\displaystyle n=3)

해설강의 준비중
+5점 · 순열임을 관찰하고 정답을 올바르게 구함

[문제 2-1](1) 일곱개의 자리에서 세 자리를 고른 후에 카드 세 장을 차례로 나열하는 경우의 수이므로 7P3=210\displaystyle {}_{7}\mathrm{P}_3=210이다.

+5점 · 조합임을 관찰하고 정답을 올바르게 구함

(2) 아홉 개의 자리에서 세 자리를 고르는 경우의 수와 같으므로 9C3=84\displaystyle {}_{9}\mathrm{C}_3=84이다.

+2점 · 이웃하는 카드가 있는 경우에 대한 의미있는 관찰

(3) 두 카드가 이웃하기 위해서는 두 카드의 자리 번호는 1과 2, 2와 3, ⋯, 10과 11 이렇게 열 가지 중 하나이어야 한다. 가위/보 또는 보/가위를 배치한 후에 ‘바위’를 남은 아홉 자리 중 한 자리에 배치하면 된다.

+3점 · 곱의 법칙을 이해하여 정답을 올바르게 구함

따라서 답은 10×2×9=180\displaystyle 10\times2\times9=180이다.

+6점 · 정의를 이용하여 f\displaystyle f-카드배열이 되는 의미있는 조건을 관찰함

[문제 2-2](1) 1번 자리에 임의의 카드 한 장을 놓으면 그 카드를 이기는 카드는 반드시 2번 자리에 놓아야 하고, f(2)=3\displaystyle f(2)=3이므로 2번 자리의 카드를 이기는 카드는 남은 3번 자리에 놓으면 f(3)=3\displaystyle f(3)=3이므로 f\displaystyle f-카드배열이다.

+4점 · f\displaystyle f-카드배열을 이해하여 정답을 올바르게 구함

따라서 (가위/바위/보), (바위/보/가위), (보/가위/바위) 이렇게 3개의 f\displaystyle f-카드배열이 있다.

+4점 · g(2)≠3\displaystyle g(2)\ne3에 대한 카드배열의 성질을 올바르게 관찰함

(2) g(2)≠3\displaystyle g(2)\ne3일 때 g\displaystyle g-카드배열 (A/B/C)가 존재한다고 하자. g(2)≠3\displaystyle g(2)\ne3이므로 B를 이기는 카드는 A이다. g(1)=2\displaystyle g(1)=2이므로 A를 이기는 카드는 B가 되어 모순이다. 따라서 g(2)≠3\displaystyle g(2)\ne3일 때 g\displaystyle g-카드배열은 존재하지 않는다.

+4점 · g(2)=3\displaystyle g(2)=3에 대한 카드배열의 성질을 올바르게 관찰함

g(2)=3\displaystyle g(2)=3이면 g(3)\displaystyle g(3)의 값에 관계없이 (가위/바위/보)는 g\displaystyle g-카드배열이다.

+4점 · 정답을 올바르게 구함 4점

따라서 답은• g(1)=2,g(2)=3,g(3)=1\displaystyle g(1)=2,g(2)=3,g(3)=1• g(1)=2,g(2)=3,g(3)=2\displaystyle g(1)=2,g(2)=3,g(3)=2• g(1)=2,g(2)=3,g(3)=3\displaystyle g(1)=2,g(2)=3,g(3)=3이다.

+4점 · h(1)=3\displaystyle h(1)=3을 관찰

(3) h(1)≠3\displaystyle h(1)\ne3이면 (가위/보/바위)가 h\displaystyle h-카드배열이 아니다. 그러므로 h(1)=3\displaystyle h(1)=3이다.

+4점 · h(2)=3\displaystyle h(2)=3을 관찰

h(2)≠3\displaystyle h(2)\ne3이면 (보/가위/바위)가 h\displaystyle h-카드배열이 아니다. 그러므로 h(2)=3\displaystyle h(2)=3이다.

+5점 · h(3)=2\displaystyle h(3)=2 또는 h(3)=3\displaystyle h(3)=3일 때 명제가 참임을 관찰

h(3)=1\displaystyle h(3)=1이면 (보/바위/가위)가 h\displaystyle h-카드배열이 아니다. 따라서 h(1)=3\displaystyle h(1)=3, h(2)=3\displaystyle h(2)=3이고 h(3)=2\displaystyle h(3)=2 또는 h(3)=3\displaystyle h(3)=3이다.(i) h(1)=3,h(2)=3,h(3)=2\displaystyle h(1)=3,h(2)=3,h(3)=2이면 임의의 카드배열을 생각하자. h(1)=3,h(2)=3\displaystyle h(1)=3,h(2)=3이므로 규칙 ①, ②를 따른다. 3번 자리의 이기는 카드는 이미 1번 또는 2번 자리에 있고 h(3)=2\displaystyle h(3)=2이므로 규칙 ③도 따른다. 따라서 모든 카드배열이 h\displaystyle h-카드배열이다.(ii) h(1)=3,h(2)=3,h(3)=3\displaystyle h(1)=3,h(2)=3,h(3)=3은 어떤 제약 조건도 없으므로 모든 카드배열이 h\displaystyle h-카드배열이다.따라서 답은 h(1)=3,h(2)=3,h(3)=3\displaystyle h(1)=3,h(2)=3,h(3)=3과 h(1)=3,h(2)=3,h(3)=2\displaystyle h(1)=3,h(2)=3,h(3)=2이다.

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