수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1교시 3번

문제

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해설강의 준비중

[문제 3-1]

+3점 · 교점 x=0,e1,e51\displaystyle x=0,\sqrt{e-1},\sqrt{e^5-1}을 구한다.

f(x)=xx2+1(ln(x2+1)1)(ln(x2+1)5)\displaystyle f(x)=\frac x{x^2+1}(\ln(x^2+1)-1)(\ln(x^2+1)-5)라 하자. x=0,e1,e51\displaystyle x=0,\sqrt{e-1},\sqrt{e^5-1}에서 f(x)=0\displaystyle f(x)=0이다.

+3점 · 그래프의 개형을 이해하고 0e1f(x)dxe1e51f(x)dx\displaystyle \int_0^{\sqrt{e-1}}f(x)dx-\int_{\sqrt{e-1}}^{\sqrt{e^5-1}}f(x)dx를 구하면

0xe1\displaystyle 0\le x\le\sqrt{e-1}에서 f(x)0\displaystyle f(x)\ge0이고 e1xe51\displaystyle \sqrt{e-1}\le x\le\sqrt{e^5-1}에서 f(x)0\displaystyle f(x)\le0이므로 구하는 넓이는 0e1f(x)dxe1e51f(x)dx\displaystyle \int_0^{\sqrt{e-1}}f(x)dx-\int_{\sqrt{e-1}}^{\sqrt{e^5-1}}f(x)dx이다.

+4점 · 치환 적분을 하여 132\displaystyle \frac{13}2을 구하면

t=ln(x2+1)\displaystyle t=\ln(x^2+1)로 치환하여 적분하면1201(t26t+5)dt1215(t26t+5)dt=76+163=132\displaystyle \frac12\int_0^1(t^2-6t+5)dt-\frac12\int_1^5(t^2-6t+5)dt=\frac76+\frac{16}3=\frac{13}2이다.

[문제 3-2]

+8점 · f(t)=2t+2t2+t+1\displaystyle f(t)=\frac{2\sqrt{t+2}}{t^2+t+1}f(t)=3(t2+3t+1)(t2+t+1)2t+2\displaystyle f^{\prime}(t)=-\frac{3(t^2+3t+1)}{(t^2+t+1)^2\sqrt{t+2}}을 구하면

점 P의 좌표는 (t,t+2)\displaystyle (t,\sqrt{t+2})라 하자. PAB=α\displaystyle \angle\mathrm{PAB}=\alpha, PBA=β\displaystyle \angle\mathrm{PBA}=\beta라 하면 tanα=t+21+t\displaystyle \tan\alpha=\frac{\sqrt{t+2}}{1+t}, tanβ=t+21t\displaystyle \tan\beta=\frac{\sqrt{t+2}}{1-t}이다.Comment. t=1\displaystyle t=-1 또는 t=1\displaystyle t=1에서는 tanα\displaystyle \tan\alpha, tanβ\displaystyle \tan\beta 중 하나가 정의되지 않는다. 두 끝점은 따로 확인하며, 이때 tan2θ\displaystyle \tan^2\theta는 각각 4\displaystyle 4, 43\displaystyle \frac43이므로 최댓값에는 영향이 없다.θ=παβ\displaystyle \theta=\pi-\alpha-\beta이므로 tan(θ)=f(t)\displaystyle \tan(\theta)=f(t)라 하면 f(t)=2t+2t2+t+1\displaystyle f(t)=\frac{2\sqrt{t+2}}{t^2+t+1}이다. 미분하면 f(t)=3(t2+3t+1)(t2+t+1)2t+2\displaystyle f^{\prime}(t)=-\frac{3(t^2+3t+1)}{(t^2+t+1)^2\sqrt{t+2}}이다.

+4점 · t=3±52\displaystyle t=\frac{-3\pm\sqrt5}2를 구하고 t=3+52\displaystyle t=\frac{-3+\sqrt5}2에서 최댓값을 갖는다는 것을 보이면

t=3±52\displaystyle t=\frac{-3\pm\sqrt5}2에서 극값을 갖고 352<1<3+52<1\displaystyle \frac{-3-\sqrt5}2<-1<\frac{-3+\sqrt5}2<1이므로 t=3+52\displaystyle t=\frac{-3+\sqrt5}2에서 최댓값을 갖는다.Comment. 최댓값에는 영향이 없지만, t=352\displaystyle t=\frac{-3-\sqrt5}2는 정의역 밖의 값이므로 극값을 갖는 지점이 아니다. 이 문제에서는 t=3+52\displaystyle t=\frac{-3+\sqrt5}2만 고려한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

+3점 · 최댓값 11+552\displaystyle \frac{11+5\sqrt5}2을 구하면

tan2θ\displaystyle \tan^2\theta의 최댓값은 {f(3+52)}2=11+552\displaystyle \left\{f\left(\frac{-3+\sqrt5}2\right)\right\}^2=\frac{11+5\sqrt5}2이다.

※ 논리 전개 과정이 맞으면 답이 틀리더라도 부분 점수를 부여할 수 있습니다.

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 ±1점을 부여할 수 있습니다.

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