수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 II 3-2번

문제

[문제 3-2] 좌표평면 위를 움직이는 점 P의 시각 t\displaystyle t에서의 좌표는 (t,−3)\displaystyle (t,-3)이다. 곡선 y=sin⁡xx2+1\displaystyle y=\frac{\sin x}{x^2+1} 위의 점 Q(x,y)\displaystyle (x,y)는 점 P와 거리를 5로 유지하며 연속적으로 움직인다. t=4\displaystyle t=4일 때 Q의 좌표가 (0,0)\displaystyle (0,0)이다. t=π+4\displaystyle t=\pi+4일 때, 점 Q의 속도 (dxdt,dydt)\displaystyle \left(\frac{dx}{dt},\frac{dy}{dt}\right)를 구하시오. [15점]

해설강의 준비중

수학 문제 3-2 예시답안

(x−t)2+(y+3)2=25\displaystyle (x-t)^2+(y+3)^2=25이고 y=sin⁡xx2+1\displaystyle y=\frac{\sin x}{x^2+1}을 대입하면 (x−t)2+(sin⁡xx2+1+3)2=25\displaystyle (x-t)^2+\left(\frac{\sin x}{x^2+1}+3\right)^2=25이다.

+7점 · [3-2] (x−t)(dxdt−1)+(sin⁡xx2+1+3)(cos⁡x(x2+1)−2xsin⁡x(x2+1)2)dxdt=0\displaystyle (x-t)\left(\frac{dx}{dt}-1\right)+\left(\frac{\sin x}{x^2+1}+3\right)\left(\frac{\cos x(x^2+1)-2x\sin x}{(x^2+1)^2}\right)\frac{dx}{dt}=0 구하면

음함수 미분하면 (x−t)(dxdt−1)+(sin⁡xx2+1+3)(cos⁡x(x2+1)−2xsin⁡x(x2+1)2)dxdt=0\displaystyle (x-t)\left(\frac{dx}{dt}-1\right)+\left(\frac{\sin x}{x^2+1}+3\right)\left(\frac{\cos x(x^2+1)-2x\sin x}{(x^2+1)^2}\right)\frac{dx}{dt}=0이다.

+3점 · [3-2] t=π+4\displaystyle t=\pi+4일 때 x=π,y=0\displaystyle x=\pi,y=0 구하면 +5점 · [3-2] (dxdt,dydt)=(4π2+44π2+7,−44π2+7)\displaystyle \left(\frac{dx}{dt},\frac{dy}{dt}\right)=\left(\frac{4\pi^2+4}{4\pi^2+7},-\frac4{4\pi^2+7}\right) 구하면

t=π+4\displaystyle t=\pi+4일 때 x=π,y=0\displaystyle x=\pi,y=0이므로 위 식에 대입하면 t=π+4\displaystyle t=\pi+4에서 dxdt=4π2+44π2+7\displaystyle \frac{dx}{dt}=\frac{4\pi^2+4}{4\pi^2+7}이다. y=sin⁡xx2+1\displaystyle y=\frac{\sin x}{x^2+1}에서 dydt=cos⁡x(x2+1)−2xsin⁡x(x2+1)2dxdt\displaystyle \frac{dy}{dt}=\frac{\cos x(x^2+1)-2x\sin x}{(x^2+1)^2}\frac{dx}{dt}이고 t=π+4\displaystyle t=\pi+4에서 계산하면 (dxdt,dydt)=(4π2+44π2+7,−44π2+7)\displaystyle \left(\frac{dx}{dt},\frac{dy}{dt}\right)=\left(\frac{4\pi^2+4}{4\pi^2+7},-\frac4{4\pi^2+7}\right)이다.

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