수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1교시 3-2번

문제

[문제 3] 다음을 읽고 문항별로 풀이와 함께 답하시오.

● 점 (x1,y1)\displaystyle (x_1,y_1)과 직선 ax+by+c=0\displaystyle ax+by+c=0사이의 거리는 다음과 같다.∣ax1+by1+c∣a2+b2\displaystyle \frac{|ax_1+by_1+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}

● 모든 실수 α\displaystyle \alpha, β\displaystyle \beta에 대하여 다음 식이 성립한다.sin⁡(α+β)=sin⁡αcos⁡β+cos⁡αsin⁡β\displaystyle \sin(\alpha+\beta)=\sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\betacos⁡(α+β)=cos⁡αcos⁡β−sin⁡αsin⁡β\displaystyle \cos(\alpha+\beta)=\cos\alpha\cos\beta-\sin\alpha\sin\beta

● 미분가능한 함수 g(x)\displaystyle g(x)의 도함수 g′(x)\displaystyle g^{\prime}(x)가 닫힌구간 [a,b]\displaystyle [a,b]를 포함하는 열린구간에서 연속이고, g(a)=α\displaystyle g(a)=\alpha, g(b)=β\displaystyle g(b)=\beta에 대하여 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 α\displaystyle \alpha와 β\displaystyle \beta를 양끝으로 하는 닫힌구간에서 연속일 때 다음 식이 성립한다.Caution. 치환적분 공식을 적용하려면 함수 f\displaystyle f가 g([a,b])\displaystyle g([a,b]) 전체에서 연속이어야 한다. g(x)\displaystyle g(x)가 두 끝값 α\displaystyle \alpha, β\displaystyle \beta 사이를 벗어날 수도 있으므로, 두 끝값 사이에서의 연속성만으로는 충분하지 않다.∫abf(g(x))g′(x)dx=∫αβf(t)dt\displaystyle \int_a^b f(g(x))g^{\prime}(x)dx=\int_\alpha^\beta f(t)dt

[문제 3-2] AB‾=2\displaystyle \overline{\mathrm{AB}}=2, AC‾=1\displaystyle \overline{\mathrm{AC}}=1이고 ∠BAC=3x\displaystyle \angle\mathrm{BAC}=3x인 삼각형 ABC가 있다. 선분 BC위의 점 D를 ∠BAD=x\displaystyle \angle\mathrm{BAD}=x가 되도록 잡자. 선분 AD의 길이를 f(x)\displaystyle f(x)라 할 때, 정적분 ∫π6π4f(x)sin⁡3x dx\displaystyle \int_{\frac\pi6}^{\frac\pi4}f(x)\sin^3x\,dx의 값을 구하시오. [15점]

해설강의 준비중

[문제 3-2]

+4점 · 2sin⁡3x=2f(x)sin⁡x+f(x)sin⁡2x\displaystyle 2\sin3x=2f(x)\sin x+f(x)\sin2x을 구하면

두 삼각형의 넓이의 합이 전체 삼각형의 넓이와 같다는 것을 이용하면2sin⁡3x=2f(x)sin⁡x+f(x)sin⁡2x\displaystyle 2\sin3x=2f(x)\sin x+f(x)\sin2x

+4점 · f(x)=4cos⁡2x−11+cos⁡x\displaystyle f(x)=\frac{4\cos^2x-1}{1+\cos x}을 구하면

이고 sin⁡3x=sin⁡(x+2x)=sin⁡xcos⁡2x+cos⁡xsin⁡2x\displaystyle \sin3x=\sin(x+2x)=\sin x\cos2x+\cos x\sin2x를 이용하여 정리하면f(x)=4cos⁡2x−11+cos⁡x\displaystyle f(x)=\frac{4\cos^2x-1}{1+\cos x}이다.

+7점 · 정적분 값 26−316\displaystyle \frac{\sqrt2}6-\frac3{16}을 구하면

cos⁡x=y\displaystyle \cos x=y로 치환하여 적분하면 아래와 같다.∫π6π44cos⁡2x−11+cos⁡xsin⁡3x dx=∫22324y2−1y+1(1−y2)dy=∫2232(4y2−1)(1−y)dy=26−316\displaystyle \begin{aligned}\int_{\frac\pi6}^{\frac\pi4}\frac{4\cos^2x-1}{1+\cos x}\sin^3x\,dx&=\int_{\frac{\sqrt2}2}^{\frac{\sqrt3}2}\frac{4y^2-1}{y+1}(1-y^2)dy\\&=\int_{\frac{\sqrt2}2}^{\frac{\sqrt3}2}(4y^2-1)(1-y)dy=\frac{\sqrt2}6-\frac3{16}\end{aligned}

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

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 ±1점을 부여할 수 있습니다.

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