수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 II 3-1번

문제

[문제 3] 다음을 읽고 문제에 답하시오.

● 좌표평면 위에서 한 곡선 위의 점 P의 좌표를 (x,y)\displaystyle (x,y)라고 할 때, x\displaystyle x와 y\displaystyle y를 각각 x=f(t)\displaystyle x=f(t), y=g(t)\displaystyle y=g(t)인 함수의 꼴로 나타낼 수 있다. 이때 t\displaystyle t를 x,y\displaystyle x,y의 매개변수라고 한다.

● 수직선 위를 움직이는 점 P의 시각 t\displaystyle t에서의 좌표를 x\displaystyle x라고 하면 x\displaystyle x는 시각 t\displaystyle t에 대한 함수이므로 x=f(t)\displaystyle x=f(t)로 놓을 수 있다. 함수 f(t)\displaystyle f(t)의 시각 t\displaystyle t에서의 순간 변화율

lim⁡Δt→0f(t+Δt)−f(t)Δt=lim⁡Δt→0ΔxΔt=dxdt\displaystyle \lim_{\Delta t\to0}\frac{f(t+\Delta t)-f(t)}{\Delta t}=\lim_{\Delta t\to0}\frac{\Delta x}{\Delta t}=\frac{dx}{dt}

를 점 P의 시각 t\displaystyle t에서의 순간 속도 또는 속도라고 한다.

● 삼각함수의 덧셈정리를 이용하여 asin⁡θ+bcos⁡θ  (a≠0,b≠0)\displaystyle a\sin\theta+b\cos\theta\;(a\ne0,b\ne0)를 rsin⁡(θ+α)\displaystyle r\sin(\theta+\alpha)의 꼴로 나타내는 것을 삼각함수의 합성이라고 한다. (단, r>0\displaystyle r>0, 0≤α<2π\displaystyle 0\le\alpha<2\pi)

[문제 3-1] 다음 그림과 같이 점 P(x,y)\displaystyle (x,y)는 원점을 중심으로 하는 단위원 위에서 움직이고, 시각 t\displaystyle t에서 θ=2t\displaystyle \theta=2t이다. 점 Q는 양의 x\displaystyle x축 위에서 움직이고, 이 두 점을 잇는 선분 PQ의 길이는 3으로 일정하다. 시각 t=π12\displaystyle t=\frac\pi{12}일 때, 점 Q의 순간 속도를 구하시오. [10점]

단위원 위의 P와 양의 x축 위의 Q, PQ=3
해설강의 준비중

문제 3-1

+4점 · [3-1] 점 Q의 x\displaystyle x좌표를 θ\displaystyle \theta 또는 t\displaystyle t로 바르게 나타냈으면

● 점 Q의 x\displaystyle x좌표를 x\displaystyle x라 하면, 선분 PQ의 길이가 3으로 일정하므로(cos⁡θ−x)2+sin⁡2θ=32\displaystyle (\cos\theta-x)^2+\sin^2\theta=3^2x=cos⁡θ+9−sin⁡2θ=cos⁡(2t)+9−sin⁡2(2t)\displaystyle x=\cos\theta+\sqrt{9-\sin^2\theta}=\cos(2t)+\sqrt{9-\sin^2(2t)}

+4점 · [3-1] 점 Q의 x\displaystyle x축 방향 속도를 θ\displaystyle \theta 또는 t\displaystyle t로 바르게 나타냈으면

● 점 Q의 x\displaystyle x축 방향 속도는dxdt=−2sin⁡(2t)−2sin⁡(2t)cos⁡(2t)9−sin⁡2(2t)\displaystyle \frac{dx}{dt}=-2\sin(2t)-\frac{2\sin(2t)\cos(2t)}{\sqrt{9-\sin^2(2t)}}

+2점 · [3-1] 점 Q의 x\displaystyle x축 방향 속도를 바르게 계산했으면

● 시각 t=π/12\displaystyle t=\pi/12일 때 점 Q의 x\displaystyle x축 방향 속도는dxdt=−2sin⁡(π6)−2sin⁡(π6)cos⁡(π6)9−sin⁡2(π6)=−1−2×12×329−14=−1−335\displaystyle \frac{dx}{dt}=-2\sin\left(\frac\pi6\right)-\frac{2\sin\left(\frac\pi6\right)\cos\left(\frac\pi6\right)}{\sqrt{9-\sin^2\left(\frac\pi6\right)}}=-1-\frac{2\times\frac12\times\frac{\sqrt3}2}{\sqrt{9-\frac14}}=-1-\frac{\sqrt3}{\sqrt{35}}

※ 계산 실수로 틀렸어도 논리 전개 과정이 맞으면 해당 부분에 1~2점의 부분 점수를 부여함

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