수리논술, 이게 다다.

자연계열 3번

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문제

[문항 3] 제시문 (ㄱ)~(ㄷ)을 읽고 문제(논제 1, 논제 2)에 답하시오. (40점)

(ㄱ) [수학적 귀납법] 자연수 n\displaystyle n에 대한 명제 p(n)\displaystyle p(n)이 모든 자연수 n\displaystyle n에 대하여 성립함을 증명하려면 다음 두 가지를 보이면 된다.

(i) n=1\displaystyle n=1일 때 명제 p(n)\displaystyle p(n)이 성립한다.

(ii) n=k\displaystyle n=k일 때 명제 p(n)\displaystyle p(n)이 성립한다고 가정하면 n=k+1\displaystyle n=k+1일 때도 명제 p(n)\displaystyle p(n)이 성립한다.

(ㄴ) 자연수 n\displaystyle n에 대한 명제 p(n)\displaystyle p(n)은 다음과 같다.

모든 자연수 m\displaystyle m에 대하여 ∫01xm(1−x)ndx=m!n!(m+n+1)!\displaystyle \int_0^1x^m(1-x)^n dx=\frac{m!n!}{(m+n+1)!}이다.

(ㄷ) 모든 실수 c\displaystyle c에 대하여 다음의 부등식을 만족시키는 자연수 n\displaystyle n의 집합을 A\displaystyle A라고 하자.

∫01xn(1−x)n(1+23 cx+2710c2x2)dx>0\displaystyle \int_0^1x^n(1-x)^n\left(1+2\sqrt3\,cx+\frac{27}{10}c^2x^2\right)dx>0

[논제 1] (20점) 제시문 (ㄴ)의 명제 p(n)\displaystyle p(n)이 모든 자연수 n\displaystyle n에 대하여 성립함을 수학적 귀납법으로 증명하시오.

[논제 2] (20점) 제시문 (ㄷ)의 집합 A\displaystyle A를 구하고 그 과정을 논술하시오.

해설강의 준비중

[논제 1] (20점)

+6점

(i) n=1\displaystyle n=1일 때,∫01xm(1−x)dx=∫01xmdx−∫01xm+1dx=1m+1−1m+2=1(m+1)(m+2)=m!1!(m+2)!\displaystyle \begin{aligned}&\int_0^1x^m(1-x)dx=\int_0^1x^m dx-\int_0^1x^{m+1}dx\\&=\frac1{m+1}-\frac1{m+2}=\frac1{(m+1)(m+2)}=\frac{m!1!}{(m+2)!}\end{aligned}이므로 p(n)\displaystyle p(n)은 성립한다.

+14점

(ii) n=k\displaystyle n=k일 때 p(n)\displaystyle p(n)이 성립한다고 가정하면∫01xm(1−x)k+1dx=∫01xm(1−x)k(1−x)dx=∫01xm(1−x)kdx−∫01xm+1(1−x)kdx=m!k!(m+k+1)!−(m+1)!k!(m+k+2)!=m!k!(m+k+2)!(m+k+2−m−1)=m!(k+1)!(m+k+2)!\displaystyle \begin{aligned}&\int_0^1x^m(1-x)^{k+1}dx=\int_0^1x^m(1-x)^k(1-x)dx\\&=\int_0^1x^m(1-x)^k dx-\int_0^1x^{m+1}(1-x)^k dx\\&=\frac{m!k!}{(m+k+1)!}-\frac{(m+1)!k!}{(m+k+2)!}\\&=\frac{m!k!}{(m+k+2)!}(m+k+2-m-1)=\frac{m!(k+1)!}{(m+k+2)!}\end{aligned}이므로 n=k+1\displaystyle n=k+1일 때도 성립한다. 따라서, 모든 자연수 n\displaystyle n에 대하여 p(n)\displaystyle p(n)은 성립한다.

[논제 2] (20점)

+8점

제시문 (ㄴ)의 적분식을 이용하여 제시문 (ㄷ)의 적분을 계산하면,∫01xn(1−x)n(1+23 cx+2710c2x2)dx=∫01xn(1−x)ndx+23 c∫01xn+1(1−x)ndx+2710c2∫01xn+2(1−x)ndx=n!n!(2n+1)!+23(n+1)!n!(2n+2)!c+2710(n+2)!n!(2n+3)!c2=n!n!(2n+1)!(2n+3)(2n+3+(2n+3)3 c+2720(n+2)c2)\displaystyle \begin{aligned}&\int_0^1x^n(1-x)^n\left(1+2\sqrt3\,cx+\frac{27}{10}c^2x^2\right)dx\\&=\int_0^1x^n(1-x)^n dx+2\sqrt3\,c\int_0^1x^{n+1}(1-x)^n dx+\frac{27}{10}c^2\int_0^1x^{n+2}(1-x)^n dx\\&=\frac{n!n!}{(2n+1)!}+2\sqrt3\frac{(n+1)!n!}{(2n+2)!}c+\frac{27}{10}\frac{(n+2)!n!}{(2n+3)!}c^2\\&=\frac{n!n!}{(2n+1)!(2n+3)}\left(2n+3+(2n+3)\sqrt3\,c+\frac{27}{20}(n+2)c^2\right)\end{aligned}을 얻는다.

+8점

따라서 제시문 (ㄷ)의 부등식은 위 괄호안의 c\displaystyle c에 대한 이차식이 양수이어야 한다는 것과 동치이다.c2\displaystyle c^2항의 계수가 양수이므로, 판별식이 음수가 되어야 한다. 판별식은3(2n+3)2−275(2n+3)(n+2)=2n+35(15(2n+3)−27(n+2))=2n+35(3n−9)\displaystyle \begin{aligned}&3(2n+3)^2-\frac{27}{5}(2n+3)(n+2)\\&=\frac{2n+3}{5}(15(2n+3)-27(n+2))=\frac{2n+3}{5}(3n-9)\end{aligned}이므로, n<3\displaystyle n<3이 되어야 조건을 만족시킨다.

+4점

따라서 제시문 (ㄷ)의 집합 A\displaystyle A는 {1,  2}\displaystyle \{1,\;2\}이다.

1. 기본 사항

가. 각 논제를 각각 가중치를 가지고 채점하되 총점으로 환산하여 총괄 평가. 수리논술에서는 배당된 점수 범위 내에서 등급이 아닌 점수로 표기하여 합산함.

나. 논술 답안에 수험생의 신원을 알릴 만한 요소가 있을 때는 다음과 같이 처리한다.

① 이름이 본문 내용과 별도로 표기된 경우 : 내용, 형식 모두 0점으로 채점

② 이름이 본문 중에 자연스럽게 노출된 경우 : 형식 부분에서 5점 감점

③ 제목이 표기된 경우 : 형식 부분에서 5점 감점

④ 기타 의도적으로 수험생의 신원을 알리는 기호로 판단되는 요소가 있는 경우 : 사안의 경중에 따라 형식 부분에서 5점 이상 감점

2. 세부 사항

가. 문제의 의도에서 완전히 이탈했거나 각 논제와 전혀 다른 내용을 서술한 경우는 0점으로 채점한다.

나. 각 문항 별 채점 기준은 다음과 같다.

첨삭 사례

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