수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

창의형 5번

문제

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해설강의 준비중

[문제 5-1] 예시 답안

+3점 · f(x)=ex+π3(asinx+bcosx)+ex+π3(acosxbsinx)\displaystyle f^{\prime}(x)=e^{x+\frac{\pi}{3}}(a\sin x+b\cos x)+e^{x+\frac{\pi}{3}}(a\cos x-b\sin x)를 구하면

함수 f(x)=ex+π3(asinx+bcosx)\displaystyle f(x)=e^{x+\frac{\pi}{3}}(a\sin x+b\cos x)를 미분하여,f(x)=ex+π3(asinx+bcosx)+ex+π3(acosxbsinx)\displaystyle f^{\prime}(x)=e^{x+\frac{\pi}{3}}(a\sin x+b\cos x)+e^{x+\frac{\pi}{3}}(a\cos x-b\sin x)를 얻는다.

+4점 · 연립방정식 a+3b=2\displaystyle a+\sqrt{3}b=2, b=3a\displaystyle b=\sqrt{3}a를 얻으면

주어진 조건에 의해f(π6)=eπ2(a2+3b2)=eπ2  a+3b=2\displaystyle f\left(\frac{\pi}{6}\right)=e^{\frac{\pi}{2}}\left(\frac{a}{2}+\frac{\sqrt{3}b}{2}\right)=e^{\frac{\pi}{2}}\ \Rightarrow\ a+\sqrt{3}b=2이고f(π6)=eπ2(a2+3b2)+eπ2(3a2b2)=eπ2+eπ2(3a2b2)=eπ2  b=3a\displaystyle f^{\prime}\left(\frac{\pi}{6}\right)=e^{\frac{\pi}{2}}\left(\frac{a}{2}+\frac{\sqrt{3}b}{2}\right)+e^{\frac{\pi}{2}}\left(\frac{\sqrt{3}a}{2}-\frac{b}{2}\right)=e^{\frac{\pi}{2}}+e^{\frac{\pi}{2}}\left(\frac{\sqrt{3}a}{2}-\frac{b}{2}\right)=e^{\frac{\pi}{2}}\ \Rightarrow\ b=\sqrt{3}a

+3점 · a=12\displaystyle a=\frac{1}{2}, b=32\displaystyle b=\frac{\sqrt{3}}{2}을 얻으면

이므로, 연립방정식을 풀어 a=12\displaystyle a=\frac{1}{2}, b=32\displaystyle b=\frac{\sqrt{3}}{2}을 얻는다.

[문제 5-2] 예시 답안

+4점 · f(x)=ex+π3sin(x+π3)\displaystyle f(x)=e^{x+\frac{\pi}{3}}\sin\left(x+\frac{\pi}{3}\right)를 구하면

a=cosπ3\displaystyle a=\cos\frac{\pi}{3}, b=sinπ3\displaystyle b=\sin\frac{\pi}{3}이므로 삼각함수의 합 공식을 이용하여 식을 정리하면,f(x)=ex+π3{sinxcos(π3)+sin(π3)cosx}=ex+π3sin(x+π3)\displaystyle f(x)=e^{x+\frac{\pi}{3}}\left\{\sin x\cos\left(\frac{\pi}{3}\right)+\sin\left(\frac{\pi}{3}\right)\cos x\right\}=e^{x+\frac{\pi}{3}}\sin\left(x+\frac{\pi}{3}\right)를 얻을 수 있다.

+3점 · x=5π12\displaystyle x=\frac{5\pi}{12}일 때 극값을 가진다는 것을 얻으면

함수를 미분하여f(x)=ex+π3{sin(x+π3)+cos(x+π3)}=0  tan(x+π3)=1\displaystyle f^{\prime}(x)=e^{x+\frac{\pi}{3}}\left\{\sin\left(x+\frac{\pi}{3}\right)+\cos\left(x+\frac{\pi}{3}\right)\right\}=0\ \Rightarrow\ \tan\left(x+\frac{\pi}{3}\right)=-1를 풀면, 구간 [0,π]\displaystyle [0,\pi]에서는 x+π3=3π4\displaystyle x+\frac{\pi}{3}=\frac{3\pi}{4}일 때만 극값을 가진다는 것을 알 수 있다.

+3점 · 극값과 구간의 끝점을 비교하여 최댓값 f(5π12)=12e3π4\displaystyle f\left(\frac{5\pi}{12}\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}e^{\frac{3\pi}{4}}를 얻으면

따라서 f(x)\displaystyle f(x)의 최댓값은f(0)=eπ3sin(π3)=32eπ3,f(5π12)=e3π4sin(3π4)=12e3π4,f(π)=e4π3sin(4π3)=32e4π3\displaystyle f(0)=e^{\frac{\pi}{3}}\sin\left(\frac{\pi}{3}\right)=\frac{\sqrt{3}}{2}e^{\frac{\pi}{3}},\quad f\left(\frac{5\pi}{12}\right)=e^{\frac{3\pi}{4}}\sin\left(\frac{3\pi}{4}\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}e^{\frac{3\pi}{4}},\quad f(\pi)=e^{\frac{4\pi}{3}}\sin\left(\frac{4\pi}{3}\right)=-\frac{\sqrt{3}}{2}e^{\frac{4\pi}{3}}중 하나이다. 마지막 값은 음수이므로 제외하고, 앞의 두 값을 비교하여 f(5π12)=12e3π4\displaystyle f\left(\frac{5\pi}{12}\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}e^{\frac{3\pi}{4}}가 최댓값이라는 결론을 내린다.32eπ3<12e3π4  32<e5π12  32<252<e5π6=(2.718)56×3.14,\displaystyle \frac{\sqrt{3}}{2}e^{\frac{\pi}{3}}<\frac{1}{\sqrt{2}}e^{\frac{3\pi}{4}}\ \Leftrightarrow\ \sqrt{\frac{3}{2}}<e^{\frac{5\pi}{12}}\ \Leftrightarrow\ \frac{3}{2}<2^{\frac{5}{2}}<e^{\frac{5\pi}{6}}=(2.718\cdots)^{\frac{5}{6}\times 3.14\cdots},

※ 논리 전개 과정이 맞으면 답이 틀리더라도 1\displaystyle 1~2\displaystyle 2점의 부분 점수를 부여함.

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 0.5\displaystyle -0.5~+0.5\displaystyle +0.5점 부여 가능함.

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