(나)원주율 π의 값은 π=3.141592⋯임이 알려져 있고, 1.570<2π<1.571이다.
논제. (180점) 제시문 (ㄹ)의 집합 A의 원소 중 가장 큰 값을 구하고 그 근거를 논술하시오.
해설강의 준비중
가톨릭대 2024학년도 수시 의예과 3번 · mathesis.kr/archive/catholic/2024su/uiye_3
+40점
1≤n≤500이므로, 100n+100의 최댓값은 n=500일 때 100500+100=6이고, 제시문 (ㅁ)에 의해 6<2π이다. n≥314이면 sin(100n+1),sin(100n+2),⋯,sin(100n+100)은 모두 음수이므로 a가 음수가 되어 최댓값이 될 수 없다. 어떤 자연수 k(1≤k≤313)에 대하여 n=k일 때의 a의 값을 p, n=k+1일 때의 a의 값을 q라 하면 q−p=sin(100k+101)−sin(100k+1)이다.
+40점
q−p는 100k+101−2π<100k+1−2π이면 양수이고 100k+101−2π>100k+1−2π이면 음수가 되므로, 1≤k≤106이면 양수이고 107≤k≤313이면 음수이다. 따라서 k=107일 때 최초로 q−p가 음수가 되고 a의 값이 최대가 되며 m=107이다.
+50점
m=107이므로 제시문 (ㄷ)의 b는 b=cos(1.08)+cos(1.09)+⋯+cos(2.07)이고, 1.570≤2π≤1.571이므로 cos(1.08),cos(1.09),⋯,cos(1.57)은 양수, cos(1.58),cos(1.59),⋯,cos(2.07)은 음수이다.(1) 삼각함수의 성질에 의하여 다음이 성립한다.1.57−2π<1.58−2π⇒cos(1.57)+cos(1.58)<01.56−2π<1.59−2π⇒cos(1.56)+cos(1.59)<0⋮1.08−2π<2.07−2π⇒cos(1.08)+cos(2.07)<0따라서,b=(cos(1.57)+cos(1.58))+⋯+(cos(1.08)+cos(2.07))<0이다.
+50점
(2) 비슷한 방법으로 1.56과 1.58부터 비교하면,1.56−2π>1.58−2π⇒cos(1.56)+cos(1.58)>01.55−2π>1.59−2π⇒cos(1.55)+cos(1.59)>0⋮1.08−2π>2.06−2π⇒cos(1.08)+cos(2.06)>0이고, 2.07=100207=300621<32π이므로 cos(2.07)>cos(32π)=−0.5이고, 따라서,b=cos(1.57)+(cos(1.56)+cos(1.58))+⋯+(cos(1.08)+cos(2.06))+cos(2.07)>−0.5이다.따라서, (1)과 (2)에 의하여 2b는 −1<2b<0을 만족하고, k≤−1이면 2b−k>0이고 k≥0이면 2b−k<0이므로 집합 A는 모든 음의 정수의 집합이고 A의 가장 큰 원소는 −1이다.